ATMOSFĒRAS UZBŪVE

Atmosfēra(no citas grieķu valodas ἀτμός — tvaiks un σφαῖρα — bumba) — gāzveida apvalks (ģeosfēra), kas ieskauj planētu Zeme. Tās iekšējā virsma klāj hidrosfēru un daļēji zemes garozu, bet ārējā virsma robežojas ar kosmosa zemei ​​tuvo daļu.

Fizikālās īpašības

Atmosfēras biezums ir aptuveni 120 km no Zemes virsmas. Kopējā gaisa masa atmosfērā ir (5,1-5,3) 10 18 kg. No tiem sausā gaisa masa ir (5,1352 ± 0,0003) 10 18 kg, ūdens tvaiku kopējā masa vidēji ir 1,27 10 16 kg.

Tīra, sausa gaisa molārā masa ir 28,966 g/mol, gaisa blīvums pie jūras virsmas ir aptuveni 1,2 kg/m 3 . Spiediens pie 0 °C jūras līmenī ir 101,325 kPa; kritiskā temperatūra - -140,7 ° C; kritiskais spiediens - 3,7 MPa; C p pie 0 °C - 1,0048 10 3 J/(kg K), C v - 0,7159 10 3 J/(kg K) (pie 0 °C). Gaisa šķīdība ūdenī (pēc masas) 0 ° C temperatūrā - 0,0036%, 25 ° C temperatūrā - 0,0023%.

"Parastiem apstākļiem" uz Zemes virsmas tiek ņemti: blīvums 1,2 kg / m 3, barometriskais spiediens 101,35 kPa, temperatūra plus 20 ° C un relatīvais mitrums 50%. Šiem nosacītajiem rādītājiem ir tīri inženiertehniska vērtība.

Atmosfēras struktūra

Atmosfērai ir slāņveida struktūra. Atmosfēras slāņi atšķiras viens no otra ar gaisa temperatūru, tā blīvumu, ūdens tvaiku daudzumu gaisā un citām īpašībām.

Troposfēra(sengrieķu τρόπος - "pagrieziens", "mainīt" un σφαῖρα - "bumba") - zemākais, visvairāk pētītais atmosfēras slānis, 8-10 km augsts polārajos reģionos, līdz 10-12 km mērenajos platuma grādos, pie ekvatora - 16-18 km.

Paceļoties troposfērā, temperatūra pazeminās vidēji par 0,65 K ik pēc 100 m un augšējā daļā sasniedz 180-220 K. Šo troposfēras augšējo slāni, kurā temperatūras pazemināšanās ar augstumu apstājas, sauc par tropopauzi. Nākamo atmosfēras slāni virs troposfēras sauc par stratosfēru.

Vairāk nekā 80% no kopējās atmosfēras gaisa masas ir koncentrēti troposfērā, turbulence un konvekcija ir ļoti attīstīta, dominē ūdens tvaiku koncentrācija, veidojas mākoņi, veidojas arī atmosfēras frontes, attīstās cikloni un anticikloni, kā arī citi procesi, kas nosaka laika apstākļus un klimatu. Troposfērā notiekošie procesi galvenokārt ir saistīti ar konvekciju.

Troposfēras daļu, kurā uz zemes virsmas var veidoties ledāji, sauc par chionosfēru.

tropopauze(no grieķu τροπος - pagriezt, mainīt un παῦσις - apstāties, apstāties) - atmosfēras slānis, kurā apstājas temperatūras pazemināšanās ar augstumu; pārejas slānis no troposfēras uz stratosfēru. Zemes atmosfērā tropopauze atrodas augstumā no 8-12 km (virs jūras līmeņa) polārajos reģionos un līdz 16-18 km virs ekvatora. Tropopauzes augstums ir atkarīgs arī no gada laika (vasarā tropopauze ir augstāka nekā ziemā) un cikloniskās aktivitātes (ciklonos tā ir zemāka, anticiklonos augstāka)

Tropopauzes biezums svārstās no vairākiem simtiem metru līdz 2-3 kilometriem. Subtropos tropopauzes plīsumi tiek novēroti spēcīgu strūklu plūsmu dēļ. Tropopauze dažos apgabalos bieži tiek iznīcināta un veidojas no jauna.

Stratosfēra(no latīņu stratum - grīdas segums, slānis) - atmosfēras slānis, kas atrodas 11 līdz 50 km augstumā. Raksturīgas ir nelielas temperatūras izmaiņas 11-25 km slānī (stratosfēras apakšējais slānis) un tās paaugstināšanās 25-40 km slānī no –56,5 līdz 0,8 °C (augšējais stratosfēras slānis jeb inversijas apgabals). Sasniedzot vērtību aptuveni 273 K (gandrīz 0 °C) aptuveni 40 km augstumā, temperatūra saglabājas nemainīga līdz aptuveni 55 km augstumam. Šo nemainīgas temperatūras reģionu sauc par stratopauzi, un tā ir robeža starp stratosfēru un mezosfēru. Gaisa blīvums stratosfērā ir desmitiem un simtiem reižu mazāks nekā jūras līmenī.

Tieši stratosfērā atrodas ozonosfēras slānis (“ozona slānis”) (augstumā no 15-20 līdz 55-60 km), kas nosaka dzīvības augšējo robežu biosfērā. Ozons (O 3 ) fotoķīmisko reakciju rezultātā veidojas visintensīvāk ~30 km augstumā. Kopējā O 3 masa normālā spiedienā būtu 1,7-4,0 mm biezs slānis, taču arī ar to pietiek, lai absorbētu dzīvībai kaitīgo saules ultravioleto starojumu. O 3 iznīcināšana notiek, kad tas mijiedarbojas ar brīvajiem radikāļiem, NO, halogēnus saturošiem savienojumiem (tostarp "freoniem").

Lielākā daļa ultravioletā starojuma īsviļņu daļas (180-200 nm) tiek saglabāta stratosfērā un īso viļņu enerģija tiek pārveidota. Šo staru ietekmē mainās magnētiskie lauki, sadalās molekulas, notiek jonizācija, jauna gāzu un citu ķīmisko savienojumu veidošanās. Šos procesus var novērot ziemeļblāzmas, zibens un citu spīdumu veidā.

Stratosfērā un augstākajos slāņos saules starojuma ietekmē gāzes molekulas sadalās - atomos (virs 80 km, CO 2 un H 2 disociējas, virs 150 km - O 2, virs 300 km - N 2). 200-500 km augstumā jonosfērā notiek arī gāzu jonizācija, 320 km augstumā lādēto daļiņu (O + 2, O - 2, N + 2) koncentrācija ir ~ 1/300 no neitrālu daļiņu koncentrācija. Atmosfēras augšējos slāņos atrodas brīvie radikāļi - OH, HO 2 utt.

Stratosfērā gandrīz nav ūdens tvaiku.

Lidojumi stratosfērā sākās pagājušā gadsimta trīsdesmitajos gados. Plaši zināms ir lidojums ar pirmo stratosfēras balonu (FNRS-1), kuru 1931. gada 27. maijā veica Ogists Pikārs un Pols Kipfers uz 16,2 km augstumu. Mūsdienu kaujas un virsskaņas komerciālās lidmašīnas lido stratosfērā augstumā, parasti līdz 20 km (lai gan dinamiskie griesti var būt daudz augstāki). Liela augstuma laika gaisa baloni paceļas līdz 40 km; bezpilota gaisa balona rekords ir 51,8 km.

Pēdējā laikā Amerikas Savienoto Valstu militārajās aprindās liela uzmanība tiek pievērsta stratosfēras slāņu attīstībai virs 20 km, ko bieži sauc par "priekštelpu" (Eng. « tuvu kosmosam» ). Tiek pieņemts, ka bezpilota dirižabļi un ar saules enerģiju darbināmi lidaparāti (piemēram, NASA Pathfinder) spēs ilgstoši uzturēties aptuveni 30 km augstumā un nodrošināt novērošanu un sakarus ļoti lielām teritorijām, vienlaikus saglabājot neaizsargātību pret pretgaisa aizsardzības sistēmām; šādas ierīces būs daudzkārt lētākas nekā satelīti.

Stratopauze- atmosfēras slānis, kas ir robeža starp diviem slāņiem, stratosfēru un mezosfēru. Stratosfērā temperatūra paaugstinās līdz ar augstumu, un stratopauze ir slānis, kurā temperatūra sasniedz maksimumu. Stratopauzes temperatūra ir aptuveni 0 °C.

Šī parādība ir novērojama ne tikai uz Zemes, bet arī uz citām planētām ar atmosfēru.

Uz Zemes stratopauze atrodas 50 - 55 km augstumā virs jūras līmeņa. Atmosfēras spiediens ir aptuveni 1/1000 no spiediena jūras līmenī.

Mezosfēra(no grieķu valodas μεσο - "vidus" un σφαῖρα - "bumba", "sfēra") - atmosfēras slānis augstumā no 40-50 līdz 80-90 km. To raksturo temperatūras paaugstināšanās ar augstumu; maksimālā (apmēram +50°C) temperatūra atrodas aptuveni 60 km augstumā, pēc tam temperatūra sāk pazemināties līdz –70° vai –80°C. Šāda temperatūras pazemināšanās ir saistīta ar saules starojuma (starojuma) enerģētisko absorbciju ar ozonu. Šo terminu Ģeogrāfiskā un ģeofizikas savienība pieņēma 1951. gadā.

Gāzu sastāvs mezosfērā, kā arī zemākajos atmosfēras slāņos ir nemainīgs un satur aptuveni 80% slāpekļa un 20% skābekļa.

Mezosfēru no pamatā esošās stratosfēras atdala stratopauze un no virsējās termosfēras ar mezopauzi. Mezopauze būtībā sakrīt ar turbopauzi.

Meteori sāk spīdēt un, kā likums, pilnībā izdeg mezosfērā.

Mezosfērā var parādīties neskaidri mākoņi.

Lidojumiem mezosfēra ir sava veida "mirusi zona" - gaiss šeit ir pārāk rets, lai atbalstītu lidmašīnas vai balonus (50 km augstumā gaisa blīvums ir 1000 reižu mazāks nekā jūras līmenī), un tajā pašā laikā. laiks pārāk blīvs mākslīgiem lidojumiem.satelīti tik zemā orbītā. Tiešie mezosfēras pētījumi tiek veikti galvenokārt ar suborbitālo meteoroloģisko raķešu palīdzību; kopumā mezosfēra ir pētīta sliktāk nekā citi atmosfēras slāņi, saistībā ar kuriem zinātnieki to sauca par "ignorosfēru".

mezopauze

mezopauze Atmosfēras slānis, kas atdala mezosfēru un termosfēru. Uz Zemes tas atrodas 80-90 km augstumā virs jūras līmeņa. Mezopauzē ir temperatūras minimums, kas ir aptuveni -100 ° C. Lejā (sākot no aptuveni 50 km augstuma) temperatūra pazeminās līdz ar augstumu, augšā (līdz apmēram 400 km augstumam) atkal paaugstinās. Mezopauze sakrīt ar rentgenstaru aktīvās absorbcijas apgabala apakšējo robežu un Saules ultravioletā starojuma īsāko viļņa garumu. Šajā augstumā novērojami sudrabaini mākoņi.

Mezopauze pastāv ne tikai uz Zemes, bet arī uz citām planētām ar atmosfēru.

Karmana līnija- augstums virs jūras līmeņa, kas nosacīti tiek pieņemts kā robeža starp Zemes atmosfēru un kosmosu.

Saskaņā ar Fédération Aéronautique Internationale (FAI) definīciju Karmana līnija atrodas 100 km augstumā virs jūras līmeņa.

Augstums nosaukts ungāru izcelsmes amerikāņu zinātnieka Teodora fon Karmana vārdā. Viņš pirmais konstatēja, ka aptuveni šajā augstumā atmosfēra kļūst tik reta, ka aeronautika kļūst neiespējama, jo lidmašīnas ātrums, kas nepieciešams pietiekama pacēluma radīšanai, kļūst lielāks par pirmo kosmisko ātrumu, un tāpēc, lai sasniegtu lielākus augstumus, nepieciešams izmantot astronautikas līdzekļus.

Zemes atmosfēra turpinās aiz Karmana līnijas. Zemes atmosfēras ārējā daļa, eksosfēra, stiepjas līdz 10 000 km un vairāk augstumam, tādā augstumā atmosfēru galvenokārt veido ūdeņraža atomi, kas var atstāt atmosfēru.

Karmana līnijas sasniegšana bija pirmais nosacījums Ansari X balvai, jo tas ir pamats, lai lidojumu atzītu par kosmosa lidojumu.

Gāzveida apvalks, kas ieskauj mūsu planētu Zeme, pazīstams kā atmosfēra, sastāv no pieciem galvenajiem slāņiem. Šie slāņi rodas uz planētas virsmas no jūras līmeņa (dažreiz zemāk) un paceļas uz kosmosu šādā secībā:

• Troposfēra;
• Stratosfēra;
• mezosfēra;
• Termosfēra;
• Eksosfēra.

Zemes atmosfēras galveno slāņu diagramma

Starp katru no šiem galvenajiem pieciem slāņiem ir pārejas zonas, ko sauc par "pauzēm", kur notiek gaisa temperatūras, sastāva un blīvuma izmaiņas. Kopā ar pauzēm Zemes atmosfērā kopumā ietilpst 9 slāņi.

Troposfēra: kur notiek laikapstākļi

No visiem atmosfēras slāņiem troposfēra ir tā, ar kuru mēs esam vispazīstamākie (neatkarīgi no tā, vai jūs to saprotat vai nē), jo mēs dzīvojam tās apakšā - planētas virsmā. Tas apņem Zemes virsmu un stiepjas uz augšu vairākus kilometrus. Vārds troposfēra nozīmē "bumbiņas maiņa". Ļoti piemērots nosaukums, jo šis slānis ir vieta, kur notiek mūsu ikdienas laikapstākļi.

Sākot no planētas virsmas, troposfēra paceļas 6 līdz 20 km augstumā. Mums tuvākā slāņa apakšējā trešdaļa satur 50% no visām atmosfēras gāzēm. Tā ir vienīgā daļa no visa atmosfēras sastāva, kas elpo. Sakarā ar to, ka gaisu no apakšas silda zemes virsma, kas absorbē Saules siltumenerģiju, troposfēras temperatūra un spiediens samazinās, palielinoties augstumam.

Augšpusē ir plāns slānis, ko sauc par tropopauzi, kas ir tikai buferis starp troposfēru un stratosfēru.

Stratosfēra: ozona mājvieta

Stratosfēra ir nākamais atmosfēras slānis. Tas stiepjas no 6-20 km līdz 50 km virs zemes virsmas. Tas ir slānis, kurā lido vairums komerciālo lidmašīnu un ceļo gaisa baloni.

Šeit gaiss neplūst uz augšu un uz leju, bet gan pārvietojas paralēli virsmai ļoti ātrās gaisa plūsmās. Temperatūra paaugstinās, paceļoties augšup, pateicoties dabiskajam ozonam (O3), kas ir saules starojuma blakusprodukts, un skābeklim, kas spēj absorbēt kaitīgos saules ultravioletos starus (jebkura temperatūras paaugstināšanās līdz ar augstumu ir zināma meteoroloģija kā "inversija") .

Tā kā stratosfērā ir siltāka temperatūra apakšā un vēsāka temperatūra augšpusē, konvekcija (gaisa masu vertikālās kustības) šajā atmosfēras daļā ir reti sastopama. Faktiski troposfērā plosošu vētru var redzēt no stratosfēras, jo slānis darbojas kā konvekcijas "vāciņš", caur kuru negaisa mākoņi neiekļūst.

Stratosfērai atkal seko bufera slānis, ko šoreiz sauc par stratopauzi.

Mezosfēra: vidējā atmosfēra

Mezosfēra atrodas aptuveni 50-80 km attālumā no Zemes virsmas. Augšējā mezosfēra ir aukstākā dabiskā vieta uz Zemes, kur temperatūra var noslīdēt zem -143°C.

Termosfēra: augšējā atmosfēra

Mezosfērai un mezopauzei seko termosfēra, kas atrodas no 80 līdz 700 km virs planētas virsmas un satur mazāk nekā 0,01% no kopējā gaisa atmosfēras apvalkā. Temperatūra šeit sasniedz pat +2000°C, bet sakarā ar spēcīgo gaisa retināšanu un gāzu molekulu trūkumu siltuma pārnesei, šīs augstās temperatūras tiek uztvertas kā ļoti aukstas.

Eksosfēra: atmosfēras un telpas robeža

Apmēram 700-10 000 km augstumā virs zemes virsmas atrodas eksosfēra – atmosfēras ārējā mala, kas robežojas ar kosmosu. Šeit ap Zemi riņķo meteoroloģiskie pavadoņi.

Kā ir ar jonosfēru?

Jonosfēra nav atsevišķs slānis, un patiesībā šis termins tiek lietots, lai apzīmētu atmosfēru 60 līdz 1000 km augstumā. Tas ietver mezosfēras augšējās daļas, visu termosfēru un daļu no eksosfēras. Jonosfēra ir ieguvusi savu nosaukumu, jo šajā atmosfēras daļā Saules starojums tiek jonizēts, kad tas šķērso Zemes magnētiskos laukus plkst. un . Šī parādība tiek novērota no Zemes kā ziemeļblāzma.

Atmosfēra ir dažādu gāzu maisījums. Tas stiepjas no Zemes virsmas līdz pat 900 km augstumam, aizsargājot planētu no kaitīgā saules starojuma spektra, un satur gāzes, kas nepieciešamas visai dzīvībai uz planētas. Atmosfēra aiztur saules siltumu, sasilstot netālu no zemes virsmas un radot labvēlīgu klimatu.

Atmosfēras sastāvs

Zemes atmosfēra sastāv galvenokārt no divām gāzēm – slāpekļa (78%) un skābekļa (21%). Turklāt tajā ir oglekļa dioksīda un citu gāzu piemaisījumi. atmosfērā pastāv tvaiku, mitruma pilienu veidā mākoņos un ledus kristālu veidā.

Atmosfēras slāņi

Atmosfēra sastāv no daudziem slāņiem, starp kuriem nav skaidras robežas. Dažādu slāņu temperatūras ievērojami atšķiras viena no otras.

• bezgaisa magnetosfēra. Lielākā daļa Zemes pavadoņu šeit lido ārpus Zemes atmosfēras.
• Eksosfēra (450-500 km no virsmas). Gandrīz nesatur gāzes. Daži laika pavadoņi lido eksosfērā. Termosfērai (80-450 km) raksturīga augsta temperatūra, kas augšējā slānī sasniedz 1700°C.
• Mezosfēra (50-80 km). Šajā sfērā temperatūra pazeminās, palielinoties augstumam. Tieši šeit sadeg lielākā daļa meteorītu (kosmosa iežu fragmenti), kas nonāk atmosfērā.
• Stratosfēra (15-50 km). Satur ozona slāni, t.i., ozona slāni, kas absorbē saules ultravioleto starojumu. Tas noved pie temperatūras paaugstināšanās pie Zemes virsmas. Reaktīvās lidmašīnas šeit parasti lido, kā šajā slānī redzamība ir ļoti laba un laikapstākļi gandrīz netraucē.
• Troposfēra. Augstums svārstās no 8 līdz 15 km no zemes virsmas. Tieši šeit veidojas planētas laika apstākļi, kopš gada šajā slānī ir visvairāk ūdens tvaiku, putekļu un vēju. Temperatūra samazinās līdz ar attālumu no zemes virsmas.

Atmosfēras spiediens

Lai gan mēs to nejūtam, atmosfēras slāņi izdara spiedienu uz Zemes virsmu. Augstākais atrodas virsmas tuvumā, un, attālinoties no tās, tas pakāpeniski samazinās. Tas ir atkarīgs no temperatūras starpības starp zemi un okeānu, un tāpēc apgabalos, kas atrodas vienādā augstumā virs jūras līmeņa, bieži ir atšķirīgs spiediens. Zems spiediens rada mitru laiku, savukārt augsts spiediens parasti nosaka skaidru laiku.

Gaisa masu kustība atmosfērā

Un spiediens izraisa zemākas atmosfēras sajaukšanos. Tas rada vējus, kas pūš no augsta spiediena apgabaliem uz zema spiediena apgabaliem. Daudzos reģionos ir arī lokāli vēji, ko izraisa zemes un jūras temperatūras atšķirības. Arī kalniem ir būtiska ietekme uz vēja virzienu.

siltumnīcas efekts

Oglekļa dioksīds un citas zemes atmosfērā esošās gāzes aiztur saules siltumu. Šo procesu parasti sauc par siltumnīcas efektu, jo tas daudzējādā ziņā ir līdzīgs siltuma cirkulācijai siltumnīcās. Siltumnīcas efekts izraisa globālo sasilšanu uz planētas. Augsta spiediena apgabalos - anticiklonos - izveidojas dzidrs saules spiediens. Zema spiediena rajonos – ciklonos – laikapstākļi parasti ir nestabili. Siltuma un gaismas ienākšana atmosfērā. Gāzes aiztur siltumu, kas atstaro no zemes virsmas, tādējādi izraisot temperatūras paaugstināšanos uz zemes.

Stratosfērā ir īpašs ozona slānis. Ozons bloķē lielāko daļu Saules ultravioletā starojuma, pasargājot no tā Zemi un visu uz tās esošo dzīvību. Zinātnieki ir noskaidrojuši, ka ozona slāņa iznīcināšanas cēlonis ir īpašas hlorfluoroglekļa dioksīda gāzes, kas atrodas dažos aerosolos un saldēšanas iekārtās. Virs Arktikas un Antarktīdas ozona slānī ir atrasti milzīgi caurumi, kas veicina ultravioletā starojuma daudzuma pieaugumu, kas ietekmē Zemes virsmu.

Ozons veidojas zemākajos atmosfēras slāņos starp saules starojumu un dažādām izplūdes gāzēm un gāzēm. Parasti tas izkliedējas pa atmosfēru, bet, ja zem siltā gaisa slāņa veidojas slēgts aukstā gaisa slānis, ozons koncentrējas un rodas smogs. Diemžēl tas nevar kompensēt ozona zudumu ozona caurumos.

Satelītattēlā skaidri redzams caurums ozona slānī virs Antarktīdas. Cauruma izmērs ir atšķirīgs, taču zinātnieki uzskata, ka tas nepārtraukti palielinās. Tiek mēģināts samazināt izplūdes gāzu līmeni atmosfērā. Samaziniet gaisa piesārņojumu un izmantojiet bezdūmu degvielu pilsētās. Smogs daudziem cilvēkiem izraisa acu kairinājumu un aizrīšanos.

Zemes atmosfēras rašanās un evolūcija

Mūsdienu Zemes atmosfēra ir ilgstošas ​​evolūcijas attīstības rezultāts. Tas radās ģeoloģisko faktoru un organismu dzīvībai svarīgās aktivitātes kopīgas darbības rezultātā. Visā ģeoloģiskās vēstures laikā Zemes atmosfēra ir piedzīvojusi vairākas dziļas pārkārtošanās. Pamatojoties uz ģeoloģiskajiem datiem un teorētiskajiem (priekšnoteikumiem), jaunās Zemes pirmatnējā atmosfēra, kas pastāvēja apmēram pirms 4 miljardiem gadu, varētu sastāvēt no inertu un cēlgāzu maisījuma ar nelielu pasīvā slāpekļa piedevu (N. A. Yasamanov, 1985). ;A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993. Šobrīd uzskats par agrīnās atmosfēras sastāvu un struktūru ir nedaudz mainījies Primārā atmosfēra (protoatmosfēra) ir agrākajā protoplanetārajā stadijā. 4,2 miljardi gadu , varētu sastāvēt no metāna, amonjaka un oglekļa dioksīda maisījuma.Mantijas degazācijas un uz zemes virsmas notiekošo aktīvu laikapstākļu procesu rezultātā ūdens tvaiki, oglekļa savienojumi CO 2 un CO veidā, sērs un tā atmosfērā sāka iekļūt savienojumi , kā arī spēcīgas halogēna skābes - HCl, HF, HI un borskābe, ko papildināja metāns, amonjaks, ūdeņradis, argons un dažas citas atmosfērā esošās cēlgāzes. Šī primārā atmosfēra bija cauri ārkārtīgi plānas. Tāpēc temperatūra pie zemes virsmas bija tuvu radiācijas līdzsvara temperatūrai (AS Monin, 1977).

Laika gaitā primārās atmosfēras gāzu sastāvs sāka pārveidoties zemes virspusē izvirzīto iežu laika apstākļu ietekmē, zilaļģu un zilaļģu dzīvībai svarīgās aktivitātes, vulkānisko procesu un saules gaismas ietekmē. Tas noveda pie metāna sadalīšanās oglekļa dioksīdā, amonjaks - slāpeklī un ūdeņradi; sekundārajā atmosfērā sāka uzkrāties oglekļa dioksīds, kas lēnām nolaidās uz zemes virsmu, un slāpeklis. Pateicoties zilaļģu dzīvībai svarīgajai aktivitātei, fotosintēzes procesā sāka veidoties skābeklis, kas gan sākumā galvenokārt tika iztērēts “atmosfēras gāzu, bet pēc tam akmeņu oksidēšanai. Tajā pašā laikā atmosfērā sāka intensīvi uzkrāties amonjaks, oksidēts par molekulāro slāpekli. Tiek pieņemts, ka ievērojama daļa slāpekļa mūsdienu atmosfērā ir relikts. Metāns un oglekļa monoksīds tika oksidēti līdz oglekļa dioksīdam. Sērs un sērūdeņradis tika oksidēti līdz SO 2 un SO 3, kas to augstās mobilitātes un viegluma dēļ ātri tika izņemti no atmosfēras. Tādējādi atmosfēra no reducējošās atmosfēras, kāda tā bija arhejā un agrīnajā proterozojā, pakāpeniski pārvērtās par oksidējošu.

Oglekļa dioksīds atmosfērā nokļuva gan metāna oksidēšanās rezultātā, gan mantijas degazācijas un iežu dēdēšanas rezultātā. Gadījumā, ja viss Zemes vēsturē izdalītais oglekļa dioksīds paliktu atmosfērā, tā daļējais spiediens tagad varētu kļūt tāds pats kā uz Veneras (O. Sorokhtins, S. A. Ušakovs, 1991). Bet uz Zemes process bija pretējs. Ievērojama daļa no atmosfēras oglekļa dioksīda tika izšķīdināta hidrosfērā, kurā to izmantoja ūdens organismi, veidojot čaulas un biogēni pārveidoja karbonātos. Pēc tam no tiem izveidojās visspēcīgākie ķīmisko un organogēno karbonātu slāņi.

Skābeklis atmosfērā tika piegādāts no trim avotiem. Ilgu laiku, sākot no Zemes veidošanās brīža, tas izdalījās mantijas degazācijas laikā un galvenokārt tika izlietots oksidācijas procesos.Vēl viens skābekļa avots bija ūdens tvaiku fotodisociācija ar cieto ultravioleto saules starojumu. izskats; brīvais skābeklis atmosfērā izraisīja lielākās daļas prokariotu nāvi, kas dzīvoja reducējošos apstākļos. Prokariotu organismi ir mainījuši savas dzīvotnes. Viņi atstāja Zemes virsmu tās dziļumos un reģionos, kur joprojām saglabājās reducējoši apstākļi. Tos nomainīja eikarioti, kas sāka enerģiski pārstrādāt oglekļa dioksīdu skābeklī.

Arhejas laikā un ievērojamā proterozoika daļā gandrīz viss skābeklis, kas rodas gan abiogēniski, gan biogēniski, galvenokārt tika iztērēts dzelzs un sēra oksidēšanai. Proterozoika beigās viss metāliskais divvērtīgais dzelzs, kas atradās uz zemes virsmas, vai nu oksidējās, vai arī pārcēlās uz zemes kodolu. Tas noveda pie tā, ka sākotnējā proterozoiskā atmosfērā skābekļa daļējais spiediens mainījās.

Proterozoika vidū skābekļa koncentrācija atmosfērā sasniedza Urey punktu un sasniedza 0,01% no pašreizējā līmeņa. Sākot no tā laika atmosfērā sāka uzkrāties skābeklis un, iespējams, jau Rifas beigās tā saturs sasniedza Pastēra punktu (0,1% no pašreizējā līmeņa). Iespējams, ka ozona slānis radās vendiešu periodā un tajā laikā nepazuda.

Brīvā skābekļa parādīšanās zemes atmosfērā stimulēja dzīvības evolūciju un izraisīja jaunu formu rašanos ar pilnīgāku vielmaiņu. Ja agrāk eikariotu vienšūnu aļģēm un cianīdiem, kas parādījās proterozoika sākumā, bija nepieciešams skābekļa saturs ūdenī tikai 10 -3 no tā mūsdienu koncentrācijas, tad līdz ar neskeleta metazoju parādīšanos agrā vendijas beigās, i., pirms aptuveni 650 miljoniem gadu skābekļa koncentrācijai atmosfērā vajadzēja būt daudz lielākai. Galu galā Metazoa izmantoja skābekļa elpošanu, un tas prasīja, lai skābekļa daļējais spiediens sasniegtu kritisko līmeni - Pastēra punktu. Šajā gadījumā anaerobās fermentācijas process tika aizstāts ar enerģētiski daudzsološāku un progresīvāku skābekļa metabolismu.

Pēc tam diezgan strauji notika tālāka skābekļa uzkrāšanās zemes atmosfērā. Progresīvais zilaļģu apjoma pieaugums veicināja dzīvnieku pasaules dzīvības uzturēšanai nepieciešamā skābekļa līmeņa sasniegšanu atmosfērā. Zināma skābekļa satura stabilizēšanās atmosfērā ir notikusi kopš brīža, kad augi nokļuva sauszemē - pirms aptuveni 450 miljoniem gadu. Augu parādīšanās uz zemes, kas notika Silūra periodā, noveda pie skābekļa līmeņa galīgās stabilizēšanās atmosfērā. Kopš tā laika tā koncentrācija sāka svārstīties diezgan šaurās robežās, nekad nepārsniedzot dzīvības esamību. Kopš ziedaugu parādīšanās skābekļa koncentrācija atmosfērā ir pilnībā stabilizējusies. Šis notikums notika krīta perioda vidū, t.i. apmēram pirms 100 miljoniem gadu.

Lielākā daļa slāpekļa veidojās Zemes attīstības sākumposmā, galvenokārt amonjaka sadalīšanās dēļ. Līdz ar organismu parādīšanos sākās atmosfēras slāpekļa saistīšanās process organiskajās vielās un apglabāšana jūras nogulumos. Pēc organismu izlaišanas uz sauszemes slāpekli sāka aprakt kontinentālajos nogulumos. Brīvā slāpekļa pārstrādes procesi īpaši pastiprinājās līdz ar sauszemes augu parādīšanos.

Kriptozoja un fanerozoja mijā, t.i., pirms aptuveni 650 miljoniem gadu, oglekļa dioksīda saturs atmosfērā samazinājās līdz procenta desmitdaļām, un saturu, kas tuvu pašreizējam līmenim, tas sasniedza tikai pavisam nesen, aptuveni 10-20 milj. gadiem.

Tādējādi atmosfēras gāzu sastāvs ne tikai nodrošināja organismu dzīves telpu, bet arī noteica to vitālās darbības īpatnības, veicināja apdzīvošanos un evolūciju. No tā izrietošās neveiksmes organismiem labvēlīgā atmosfēras gāzu sastāva sadalījumā gan kosmisku, gan planētu iemeslu dēļ izraisīja organiskās pasaules masveida izzušanu, kas vairākkārt notika kriptozoja laikā un atsevišķos fanerozoja vēstures posmos.

Atmosfēras etnosfēriskās funkcijas

Zemes atmosfēra nodrošina nepieciešamo vielu, enerģiju un nosaka vielmaiņas procesu virzienu un ātrumu. Mūsdienu atmosfēras gāzes sastāvs ir optimāls dzīvības pastāvēšanai un attīstībai. Atmosfērai kā laikapstākļu un klimata veidošanās zonai ir jārada ērti apstākļi cilvēku, dzīvnieku un veģetācijas dzīvei. Atmosfēras gaisa kvalitātes un laika apstākļu novirzes vienā vai otrā virzienā rada ekstrēmus apstākļus dzīvnieku un augu pasaules, arī cilvēku, dzīvībai.

Zemes atmosfēra ne tikai nodrošina apstākļus cilvēces pastāvēšanai, jo tā ir galvenais etnosfēras evolūcijas faktors. Tajā pašā laikā tas izrādās enerģijas un izejvielu resurss ražošanai. Kopumā atmosfēra ir cilvēka veselību saudzējošs faktors, un atsevišķas teritorijas fizisko un ģeogrāfisko apstākļu un atmosfēras gaisa kvalitātes dēļ kalpo kā atpūtas zonas un ir vietas, kas paredzētas sanatoriskai ārstēšanai un cilvēku atpūtai. Tādējādi atmosfēra ir estētiskas un emocionālas ietekmes faktors.

Atmosfēras etnosfēriskajām un tehnosfēriskajām funkcijām, kas noteiktas pavisam nesen (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), nepieciešams neatkarīgs un padziļināts pētījums. Tādējādi atmosfēras enerģētisko funkciju izpēte ir ļoti aktuāla gan no vidi bojājošu procesu rašanās un darbības, gan no ietekmes uz cilvēka veselību un labklājību viedokļa. Šajā gadījumā runa ir par ciklonu un anticiklonu enerģiju, atmosfēras virpuļiem, atmosfēras spiedienu un citām ekstremālām atmosfēras parādībām, kuru efektīva izmantošana veicinās veiksmīgu alternatīvu enerģijas avotu, kas nepiesārņo vidi, iegūšanas problēmas risinājumu. vide. Galu galā gaisa vide, it īpaši tā daļa, kas atrodas virs Pasaules okeāna, ir zona, kurā tiek atbrīvots milzīgs daudzums brīvās enerģijas.

Piemēram, ir konstatēts, ka vidēja stipruma tropiskie cikloni atbrīvo enerģiju, kas līdzvērtīga 500 000 atombumbu enerģijai, kas nomestas uz Hirosimu un Nagasaki tikai vienas dienas laikā. 10 dienas pēc šāda ciklona pastāvēšanas tiek atbrīvots pietiekami daudz enerģijas, lai apmierinātu visas tādas valsts kā ASV enerģijas vajadzības 600 gadus.

Pēdējos gados ir publicēts liels skaits dabaszinātnieku darbu, kas vienā vai otrā veidā skar dažādus darbības aspektus un atmosfēras ietekmi uz zemes procesiem, kas liecina par starpdisciplināro mijiedarbību pastiprināšanos mūsdienu dabaszinātnēs. Tajā pašā laikā izpaužas atsevišķu tās virzienu integrējošā loma, starp kurām ir jāatzīmē funkcionāli ekoloģiskais virziens ģeoekoloģijā.

Šis virziens stimulē dažādu ģeosfēru ekoloģisko funkciju un planetārās lomas analīzi un teorētisku vispārināšanu, un tas savukārt ir svarīgs priekšnoteikums metodoloģijas un zinātnisko pamatu izstrādei mūsu planētas holistiskai izpētei, racionālai izmantošanai un savu dabas resursu aizsardzību.

Zemes atmosfēra sastāv no vairākiem slāņiem: troposfēras, stratosfēras, mezosfēras, termosfēras, jonosfēras un eksosfēras. Troposfēras augšējā daļā un stratosfēras apakšējā daļā atrodas ar ozonu bagātināts slānis, ko sauc par ozona slāni. Konstatētas noteiktas (dienas, sezonas, gada u.c.) likumsakarības ozona izplatībā. Kopš tās pirmsākumiem atmosfēra ir ietekmējusi planētu procesu gaitu. Atmosfēras primārais sastāvs bija pavisam citāds nekā šobrīd, taču laika gaitā molekulārā slāpekļa īpatsvars un loma stabili pieauga, pirms aptuveni 650 miljoniem gadu parādījās brīvais skābeklis, kura daudzums nepārtraukti pieauga, bet oglekļa dioksīda koncentrācija attiecīgi samazinājās. . Atmosfēras augstā mobilitāte, gāzu sastāvs un aerosolu klātbūtne nosaka tās izcilo lomu un aktīvo līdzdalību dažādos ģeoloģiskos un biosfēras procesos. Atmosfēras loma saules enerģijas pārdalē un katastrofālu dabas parādību un katastrofu attīstībā ir liela. Atmosfēras viesuļi – tornado (tornado), viesuļvētras, taifūni, cikloni un citas parādības negatīvi ietekmē organisko pasauli un dabas sistēmas. Galvenie piesārņojuma avoti līdzās dabas faktoriem ir dažādi cilvēka saimnieciskās darbības veidi. Antropogēnā ietekme uz atmosfēru izpaužas ne tikai kā dažādu aerosolu un siltumnīcefekta gāzu parādīšanās, bet arī ūdens tvaiku daudzuma palielināšanās, un izpaužas kā smoga un skābo lietus. Siltumnīcefekta gāzes maina zemes virsmas temperatūras režīmu, atsevišķu gāzu emisijas samazina ozona ekrāna tilpumu un veicina ozona caurumu veidošanos. Zemes atmosfēras etnosfēriskā loma ir liela.

Atmosfēras loma dabas procesos

Virszemes atmosfēra tās starpstāvoklī starp litosfēru un kosmosu un tās gāzu sastāvs rada apstākļus organismu dzīvībai. Tajā pašā laikā iežu laikapstākļi un iznīcināšanas intensitāte, detrita materiāla pārnese un uzkrāšanās ir atkarīga no nokrišņu daudzuma, rakstura un biežuma, no vēja biežuma un stipruma, un īpaši no gaisa temperatūras. Atmosfēra ir klimata sistēmas centrālā sastāvdaļa. Gaisa temperatūra un mitrums, mākoņainība un nokrišņi, vējš – tas viss raksturo laikapstākļus, tas ir, nepārtraukti mainīgo atmosfēras stāvokli. Vienlaikus šīs pašas sastāvdaļas raksturo arī klimatu, t.i., vidējo ilglaicīgo laikapstākļu režīmu.

Gāzu sastāvs, mākoņu un dažādu piemaisījumu klātbūtne, ko sauc par aerosola daļiņām (pelni, putekļi, ūdens tvaiku daļiņas), nosaka saules starojuma caurlaidības īpašības atmosfērā un novērš Zemes termiskā starojuma izplūšanu. kosmosā.

Zemes atmosfēra ir ļoti mobila. Tajā notiekošie procesi un izmaiņas gāzes sastāvā, biezumā, duļķainībā, caurspīdīgumā un dažādu aerosola daļiņu klātbūtne tajā ietekmē gan laikapstākļus, gan klimatu.

Dabas procesu darbību un virzienu, kā arī dzīvību un darbību uz Zemes nosaka saules starojums. Tas dod 99,98% siltuma, kas nonāk uz zemes virsmas. Gadā tas sastāda 134*10 19 kcal. Šādu siltuma daudzumu var iegūt, sadedzinot 200 miljardus tonnu ogļu. Ūdeņraža rezerves, kas rada šo kodoltermiskās enerģijas plūsmu Saules masā, pietiks vēl vismaz 10 miljardiem gadu, t.i., divreiz ilgākam periodam, nekā pastāv pati mūsu planēta.

Apmēram 1/3 no kopējā saules enerģijas daudzuma, kas nonāk atmosfēras augšējā robežā, atstarojas atpakaļ pasaules telpā, 13% absorbē ozona slānis (ieskaitot gandrīz visu ultravioleto starojumu). 7% - pārējā atmosfēra un tikai 44% sasniedz zemes virsmu. Kopējais Saules starojums, kas dienā sasniedz Zemi, ir vienāds ar enerģiju, ko cilvēce ir saņēmusi visu veidu degvielas sadedzināšanas rezultātā pagājušajā tūkstošgadē.

Saules starojuma izplatības daudzums un raksturs uz zemes virsmas ir cieši atkarīgs no atmosfēras mākoņainības un caurspīdīguma. Izkliedētā starojuma daudzumu ietekmē Saules augstums virs horizonta, atmosfēras caurspīdīgums, ūdens tvaiku saturs, putekļi, kopējais oglekļa dioksīda daudzums u.c.

Maksimālais izkliedētā starojuma daudzums iekrīt polārajos apgabalos. Jo zemāk Saule atrodas virs horizonta, jo mazāk siltuma nonāk noteiktā apgabalā.

Liela nozīme ir atmosfēras caurspīdīgumam un mākoņainībai. Mākoņainā vasaras dienā parasti ir vēsāks nekā skaidrā, jo dienas mākoņi neļauj zemes virsmai uzkarst.

Atmosfēras putekļu saturam ir liela nozīme siltuma sadalē. Tajā esošās smalki izkliedētās cietās putekļu un pelnu daļiņas, kas ietekmē tā caurspīdīgumu, nelabvēlīgi ietekmē saules starojuma izplatīšanos, kura lielākā daļa tiek atspoguļota. Smalkās daļiņas atmosfērā nonāk divos veidos: tie ir pelni, kas izdalās vulkāna izvirdumu laikā, vai tuksneša putekļi, ko vēji nes no sausiem tropu un subtropu reģioniem. Īpaši daudz šādu putekļu veidojas sausuma laikā, kad tie ar siltā gaisa plūsmām tiek nogādāti atmosfēras augšējos slāņos un var tur uzturēties ilgu laiku. Pēc Krakatoa vulkāna izvirduma 1883. gadā atmosfērā desmitiem kilometru izmesti putekļi stratosfērā saglabājās aptuveni 3 gadus. 1985. gada Elšišonas vulkāna (Meksika) izvirduma rezultātā putekļi sasniedza Eiropu, un tāpēc nedaudz pazeminājās virsmas temperatūra.

Zemes atmosfērā ir mainīgs ūdens tvaiku daudzums. Absolūtos skaitļos, pēc svara vai tilpuma, tā daudzums svārstās no 2 līdz 5%.

Ūdens tvaiki, tāpat kā oglekļa dioksīds, uzlabo siltumnīcas efektu. Mākoņos un miglā, kas rodas atmosfērā, notiek savdabīgi fizikāli ķīmiskie procesi.

Galvenais ūdens tvaiku avots atmosfērā ir okeānu virsma. No tā ik gadu iztvaiko 95 līdz 110 cm biezs ūdens slānis, daļa mitruma pēc kondensācijas atgriežas okeānā, bet otru gaisa straumes virza uz kontinentiem. Reģionos ar mainīgu mitru klimatu nokrišņi mitrina augsni, bet mitros reģionos veido gruntsūdens rezerves. Tādējādi atmosfēra ir mitruma akumulators un nokrišņu rezervuārs. un miglas, kas veidojas atmosfērā, nodrošina augsnes segumu mitrumu un tādējādi spēlē izšķirošu lomu dzīvnieku un augu pasaules attīstībā.

Atmosfēras mitrums tiek sadalīts pa zemes virsmu atmosfēras mobilitātes dēļ. Tam ir ļoti sarežģīta vēju un spiediena sadales sistēma. Sakarā ar to, ka atmosfēra atrodas nepārtrauktā kustībā, vēja plūsmu un spiediena sadalījuma raksturs un apjoms pastāvīgi mainās. Aprites mērogi ir dažādi, sākot no mikrometeoroloģiskiem, kuru izmērs ir tikai daži simti metru, līdz globālam, kura izmērs ir vairāki desmiti tūkstošu kilometru. Milzīgi atmosfēras virpuļi ir iesaistīti liela mēroga gaisa straumju sistēmu veidošanā un nosaka vispārējo atmosfēras cirkulāciju. Turklāt tie ir katastrofālu atmosfēras parādību avoti.

Laikapstākļu un klimatisko apstākļu izplatība un dzīvās vielas funkcionēšana ir atkarīga no atmosfēras spiediena. Gadījumā, ja atmosfēras spiediens svārstās nelielās robežās, tam nav izšķirošas nozīmes cilvēku labklājībā un dzīvnieku uzvedībā un tas neietekmē augu fizioloģiskās funkcijas. Parasti frontālās parādības un laika apstākļu izmaiņas ir saistītas ar spiediena izmaiņām.

Atmosfēras spiedienam ir būtiska nozīme vēja veidošanā, kas, būdams reljefu veidojošs faktors, visspēcīgāk ietekmē floru un faunu.

Vējš spēj nomākt augu augšanu un vienlaikus veicina sēklu pārnešanu. Vēja loma laika un klimatisko apstākļu veidošanā ir liela. Viņš darbojas arī kā jūras straumju regulators. Vējš kā viens no eksogēnajiem faktoriem veicina laika apstākļu ietekmējamā materiāla eroziju un deflāciju lielos attālumos.

Atmosfēras procesu ekoloģiskā un ģeoloģiskā loma

Atmosfēras caurspīdīguma samazināšanās, ko izraisa aerosola daļiņu un cieto putekļu parādīšanās tajā, ietekmē saules starojuma izplatību, palielinot albedo jeb atstarošanas spēju. Dažādas ķīmiskas reakcijas noved pie tā paša rezultāta, izraisot ozona sadalīšanos un "pērļu" mākoņu veidošanos, kas sastāv no ūdens tvaikiem. Globālās atstarošanas izmaiņas, kā arī atmosfēras gāzu sastāva izmaiņas, galvenokārt siltumnīcefekta gāzes, ir klimata pārmaiņu cēlonis.

Nevienmērīga karsēšana, kas izraisa atmosfēras spiediena atšķirības dažādās zemes virsmas daļās, izraisa atmosfēras cirkulāciju, kas ir troposfēras pazīme. Ja ir spiediena atšķirības, gaiss plūst no augsta spiediena zonām uz zema spiediena zonām. Šīs gaisa masu kustības kopā ar mitrumu un temperatūru nosaka galvenās atmosfēras procesu ekoloģiskās un ģeoloģiskās iezīmes.

Atkarībā no ātruma vējš rada dažādus ģeoloģiskos darbus uz zemes virsmas. Ar ātrumu 10 m/s tas krata resnos koku zarus, savāc un nes putekļus un smalkas smiltis; lauž koku zarus ar ātrumu 20 m/s, ved smiltis un granti; ar ātrumu 30 m/s (vētra) plēš nost māju jumtus, izrauj kokus, lauž stabus, pārvieto oļus un nes sīko granti, savukārt viesuļvētra ar ātrumu 40 m/s iznīcina mājas, lauž un nojauc elektrolīniju stabi, izrauj lielus kokus.

Squat vētras un viesuļvētras (tornado) rada lielu negatīvu ietekmi uz vidi ar katastrofālām sekām - atmosfēras virpuļiem, kas rodas siltajā sezonā spēcīgās atmosfēras frontēs ar ātrumu līdz 100 m/s. Squalles ir horizontāli virpuļi ar viesuļvētru vēja ātrumu (līdz 60-80 m/s). Tos bieži pavada spēcīgas lietusgāzes un pērkona negaiss, kas ilgst no dažām minūtēm līdz pusstundai. Svārki aptver līdz 50 km platus apgabalus un veic 200-250 km attālumu. Spēcīgā vētra Maskavā un Maskavas apgabalā 1998. gadā sabojāja daudzu māju jumtus un nogāza kokus.

Tornado, ko Ziemeļamerikā sauc par viesuļvētru, ir spēcīgi piltuves formas atmosfēras virpuļi, kas bieži saistīti ar negaisa mākoņiem. Tās ir vidū sašaurinošas gaisa kolonnas ar diametru no vairākiem desmitiem līdz simtiem metru. Tornado ir piltuves izskats, ļoti līdzīgs ziloņa stumbram, kas nolaižas no mākoņiem vai paceļas no zemes virsmas. Ar spēcīgu retināšanu un lielu griešanās ātrumu tornado pārvietojas līdz pat vairākiem simtiem kilometru, ievelkot putekļus, ūdeni no rezervuāriem un dažādiem objektiem. Spēcīgus viesuļvētrus pavada pērkona negaiss, lietus un tiem ir liels postošais spēks.

Tornado reti sastopami subpolārajos vai ekvatoriālajos reģionos, kur pastāvīgi ir auksts vai karsts. Maz viesuļvētru atklātā okeānā. Tornado notiek Eiropā, Japānā, Austrālijā, ASV, un Krievijā tie īpaši bieži sastopami Centrālajā Melnzemes reģionā, Maskavas, Jaroslavļas, Ņižņijnovgorodas un Ivanovas apgabalos.

Tornado ceļ un pārvieto automašīnas, mājas, vagonus, tiltus. Īpaši postoši tornado (tornado) tiek novēroti ASV. Ik gadu tiek reģistrēti no 450 līdz 1500 viesuļvētru ar vidēji aptuveni 100 upuriem. Tornado ir ātras darbības katastrofāli atmosfēras procesi. Tie veidojas tikai 20-30 minūšu laikā, un to pastāvēšanas laiks ir 30 minūtes. Tāpēc ir gandrīz neiespējami paredzēt viesuļvētru rašanās laiku un vietu.

Citi postoši, bet ilgstoši atmosfēras virpuļi ir cikloni. Tie veidojas spiediena krituma dēļ, kas noteiktos apstākļos veicina gaisa plūsmu apļveida kustību. Atmosfēras virpuļi rodas ap spēcīgām augšupejošām mitra silta gaisa straumēm un griežas lielā ātrumā pulksteņrādītāja virzienā dienvidu puslodē un pretēji pulksteņrādītāja virzienam ziemeļu puslodē. Cikloni, atšķirībā no viesuļvētrām, rodas virs okeāniem un rada postošās darbības pār kontinentiem. Galvenie postošie faktori ir stiprs vējš, intensīvi nokrišņi sniegputeņa veidā, lietusgāzes, krusa un plūdi. Vējš ar ātrumu 19 - 30 m / s veido vētru, 30 - 35 m / s - vētru un vairāk nekā 35 m / s - viesuļvētru.

Tropu ciklonu – viesuļvētru un taifūnu – platums ir vidēji vairāki simti kilometru. Vēja ātrums ciklona iekšienē sasniedz viesuļvētras spēku. Tropu cikloni ilgst no vairākām dienām līdz vairākām nedēļām, pārvietojoties ar ātrumu no 50 līdz 200 km/h. Vidējo platuma grādu cikloniem ir lielāks diametrs. To šķērseniskie izmēri svārstās no tūkstoš līdz vairākiem tūkstošiem kilometru, vēja ātrums ir vētrains. Tie pārvietojas ziemeļu puslodē no rietumiem, un tos pavada krusa un sniegputenis, kas ir katastrofāli. Cikloni un ar tiem saistītās viesuļvētras un taifūni ir lielākās dabas katastrofas pēc plūdiem upuru skaita un nodarīto postījumu ziņā. Āzijas blīvi apdzīvotās vietās viesuļvētru laikā upuru skaits mērāms tūkstošos. 1991. gadā Bangladešā viesuļvētras laikā, kas izraisīja 6 m augstu jūras viļņu veidošanos, gāja bojā 125 tūkstoši cilvēku. Taifūni nodara lielus postījumus ASV. Tā rezultātā iet bojā desmitiem un simtiem cilvēku. Rietumeiropā viesuļvētras nodara mazāk postījumu.

Pērkona negaiss tiek uzskatīts par katastrofālu atmosfēras parādību. Tie rodas, kad ļoti ātri paceļas silts, mitrs gaiss. Uz tropu un subtropu zonas robežas pērkona negaiss ir 90-100 dienas gadā, mērenajā joslā 10-30 dienas. Mūsu valstī visvairāk pērkona negaisu ir Ziemeļkaukāzā.

Pērkona negaiss parasti ilgst mazāk nekā stundu. Īpašas briesmas rada intensīvas lietusgāzes, krusas vētras, zibens spērieni, vēja brāzmas un vertikālas gaisa straumes. Krusas bīstamību nosaka krusas akmeņu lielums. Ziemeļkaukāzā krusas masa reiz sasniedza 0,5 kg, bet Indijā tika atzīmēti krusas akmeņi, kas sver 7 kg. Mūsu valsts bīstamākās teritorijas atrodas Ziemeļkaukāzā. 1992. gada jūlijā krusa Mineralnye Vody lidostā sabojāja 18 lidmašīnas.

Zibens ir bīstama laikapstākļu parādība. Tie nogalina cilvēkus, mājlopus, izraisa ugunsgrēkus, bojā elektrotīklu. Katru gadu no pērkona negaisiem un to sekām visā pasaulē mirst aptuveni 10 000 cilvēku. Turklāt dažās Āfrikas daļās, Francijā un ASV, zibens upuru skaits ir lielāks nekā citās dabas parādībās. Ikgadējie pērkona negaisu radītie ekonomiskie zaudējumi ASV ir vismaz 700 miljoni dolāru.

Sausums ir raksturīgs tuksneša, stepju un mežstepju reģioniem. Nokrišņu trūkums izraisa augsnes izžūšanu, pazeminot gruntsūdeņu līmeni un rezervuāros, līdz tie pilnībā izžūst. Mitruma trūkums izraisa veģetācijas un labības nāvi. Sausums ir īpaši nopietns Āfrikā, Tuvajos un Tuvajos Austrumos, Vidusāzijā un Ziemeļamerikas dienvidos.

Sausums maina cilvēku dzīves apstākļus, negatīvi ietekmē dabisko vidi, izmantojot tādus procesus kā augsnes sasāļošanās, sausi vēji, putekļu vētras, augsnes erozija un mežu ugunsgrēki. Ugunsgrēki ir īpaši spēcīgi sausuma laikā taigas reģionos, tropu un subtropu mežos un savannās.

Sausums ir īslaicīgi procesi, kas ilgst vienu sezonu. Ja sausums ilgst vairāk nekā divas sezonas, pastāv bada un masveida mirstības draudi. Parasti sausuma ietekme attiecas uz vienas vai vairāku valstu teritoriju. Īpaši bieži ilgstošs sausums ar traģiskām sekām notiek Āfrikas Sāhelas reģionā.

Atmosfēras parādības, piemēram, sniegputeņi, periodiskas spēcīgas lietusgāzes un ilgstošas ​​ilgstošas ​​lietusgāzes rada lielus postījumus. Sniegputenis izraisa masīvas lavīnas kalnos, un straujā uzkritušā sniega kušana un ilgstošas ​​spēcīgas lietusgāzes izraisa plūdus. Milzīga ūdens masa, kas nokrīt uz zemes virsmas, it īpaši vietās, kur nav koku, izraisa smagu augsnes seguma eroziju. Notiek intensīva gravu-siju sistēmu izaugsme. Plūdi rodas lielu plūdu rezultātā stipru nokrišņu periodā vai plūdi pēc pēkšņas sasilšanas vai pavasara sniega kušanas, un tāpēc pēc izcelsmes ir atmosfēras parādības (tās ir apskatītas nodaļā par hidrosfēras ekoloģisko lomu).

Antropogēnas izmaiņas atmosfērā

Pašlaik ir daudz dažādu antropogēnas dabas avotu, kas izraisa atmosfēras piesārņojumu un izraisa nopietnus ekoloģiskā līdzsvara pārkāpumus. Mēroga ziņā vislielākā ietekme uz atmosfēru ir diviem avotiem: transportam un rūpniecībai. Transports vidēji veido aptuveni 60% no kopējā atmosfēras piesārņojuma, rūpniecība - 15%, siltumenerģija - 15%, sadzīves un rūpniecības atkritumu iznīcināšanas tehnoloģijas - 10%.

Transports atkarībā no izmantotās degvielas un oksidētāju veidiem atmosfērā izdala slāpekļa oksīdus, sēru, oglekļa oksīdus un dioksīdus, svinu un tā savienojumus, kvēpus, benzopirēnu (viela no policiklisko aromātisko ogļūdeņražu grupas, kas ir spēcīgs kancerogēns, kas izraisa ādas vēzi).

Rūpniecība atmosfērā izdala sēra dioksīdu, oglekļa oksīdus un dioksīdus, ogļūdeņražus, amonjaku, sērūdeņradi, sērskābi, fenolu, hloru, fluoru un citus savienojumus un ķīmiskas vielas. Bet starp emisijām dominējošo vietu (līdz 85%) ieņem putekļi.

Piesārņojuma rezultātā mainās atmosfēras caurspīdīgums, tajā parādās aerosoli, smogs un skābie lietus.

Aerosoli ir izkliedētas sistēmas, kas sastāv no cietām daļiņām vai šķidruma pilieniem, kas suspendēti gāzveida vidē. Disperģētās fāzes daļiņu izmērs parasti ir 10 -3 -10 -7 cm Atkarībā no izkliedētās fāzes sastāva aerosolus iedala divās grupās. Vienā ietilpst aerosoli, kas sastāv no cietām daļiņām, kas izkliedētas gāzveida vidē, otrajā - aerosoli, kas ir gāzveida un šķidro fāžu maisījums. Pirmos sauc par dūmiem, bet otro - par miglu. Kondensācijas centriem ir liela nozīme to veidošanās procesā. Kā kondensācijas kodoli darbojas vulkāniskie pelni, kosmiskie putekļi, rūpniecisko izmešu produkti, dažādas baktērijas uc Iespējamo koncentrācijas kodolu avotu skaits nepārtraukti pieaug. Tā, piemēram, sausu zāli iznīcinot ugunsgrēkā 4000 m 2 platībā, veidojas vidēji 11 * 10 22 aerosola kodoli.

Aerosoli sāka veidoties no mūsu planētas rašanās brīža un ietekmēja dabiskos apstākļus. Taču to skaits un rīcība, sabalansēta ar vispārējo vielu apriti dabā, neizraisīja dziļas ekoloģiskas pārmaiņas. To veidošanās antropogēnie faktori novirzīja šo līdzsvaru uz būtiskām biosfēras pārslodzēm. Šī īpašība ir īpaši izteikta kopš cilvēce sāka izmantot speciāli radītus aerosolus gan toksisko vielu veidā, gan augu aizsardzībai.

Veģetācijas segumam visbīstamākie ir sēra dioksīda, fluorūdeņraža un slāpekļa aerosoli. Saskaroties ar mitru lapu virsmu, tās veido skābes, kas kaitīgi iedarbojas uz dzīvajām būtnēm. Skābes miglas kopā ar ieelpoto gaisu nonāk dzīvnieku un cilvēku elpošanas orgānos un agresīvi iedarbojas uz gļotādu. Daži no tiem sadala dzīvos audus, un radioaktīvie aerosoli izraisa vēzi. Radioaktīvo izotopu vidū SG 90 ir īpaši bīstams ne tikai sava kancerogenitātes dēļ, bet arī kā kalcija analogs, aizstājot to organismu kaulos, izraisot to sadalīšanos.

Kodolsprādzienu laikā atmosfērā veidojas radioaktīvi aerosola mākoņi. Sīkas daļiņas ar rādiusu 1 - 10 mikroni iekrīt ne tikai troposfēras augšējos slāņos, bet arī stratosfērā, kurā tās spēj uzturēties ilgu laiku. Aerosola mākoņi veidojas arī rūpniecisko iekārtu, kas ražo kodoldegvielu, reaktoru darbības laikā, kā arī avāriju rezultātā atomelektrostacijās.

Smogs ir aerosolu maisījums ar šķidrām un cietām izkliedētām fāzēm, kas veido miglainu priekškaru virs industriālajiem rajoniem un lielām pilsētām.

Ir trīs veidu smogs: ledus, slapjš un sausais. Ledus smogu sauc par Aļasku. Tas ir gāzveida piesārņotāju kombinācija, kam pievienotas putekļainās daļiņas un ledus kristāli, kas rodas, kad sasalst miglas pilieni un tvaiki no apkures sistēmām.

Slapjo smogu jeb Londonas tipa smogu dažreiz sauc par ziemas smogu. Tas ir gāzveida piesārņotāju (galvenokārt sēra dioksīda), putekļu daļiņu un miglas pilienu maisījums. Meteoroloģiskais priekšnoteikums ziemas smoga parādīšanās ir mierīgs laiks, kurā virs aukstā gaisa virskārtas (zem 700 m) atrodas siltā gaisa slānis. Tajā pašā laikā nav ne tikai horizontālas, bet arī vertikālas apmaiņas. Piesārņojošās vielas, kas parasti ir izkliedētas augstos slāņos, šajā gadījumā uzkrājas virsmas slānī.

Sausais smogs rodas vasarā, un to bieži dēvē par LA tipa smogu. Tas ir ozona, oglekļa monoksīda, slāpekļa oksīdu un skābes tvaiku maisījums. Šāds smogs veidojas saules starojuma, īpaši tā ultravioletās daļas, piesārņojošo vielu sadalīšanās rezultātā. Meteoroloģiskais priekšnoteikums ir atmosfēras inversija, kas izpaužas kā auksta gaisa slāņa parādīšanās virs siltā. Gāzes un cietās daļiņas, ko parasti paceļ siltā gaisa plūsmas, pēc tam tiek izkliedētas augšējos aukstajos slāņos, bet šajā gadījumā tās uzkrājas inversijas slānī. Fotolīzes procesā slāpekļa dioksīdi, kas veidojas degvielas sadegšanas laikā automašīnu dzinējos, sadalās:

NO 2 → NĒ + O

Tad notiek ozona sintēze:

O + O 2 + M → O 3 + M

NĒ + O → NĒ 2

Fotodisociācijas procesus pavada dzeltenzaļš mirdzums.

Turklāt reakcijas notiek atbilstoši veidam: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, t.i., veidojas stipra sērskābe.

Mainoties meteoroloģiskajiem apstākļiem (vēja parādīšanās vai mitruma maiņa), aukstais gaiss izkliedējas un smogs pazūd.

Kancerogēnu klātbūtne smogā izraisa elpošanas mazspēju, gļotādu kairinājumu, asinsrites traucējumus, astmas izraisītu nosmakšanu un bieži vien nāvi. Smogs ir īpaši bīstams maziem bērniem.

Skābie lietus ir atmosfēras nokrišņi, ko paskābina sēra oksīdu, slāpekļa oksīdu un tajos izšķīdinātas perhlorskābes un hlora tvaiku rūpnieciskās emisijas. Ogļu un gāzes sadedzināšanas procesā lielākā daļa tajā esošā sēra gan oksīda veidā, gan savienojumos ar dzelzi, jo īpaši pirītā, pirotītā, halkopirītā utt., Pārvēršas sēra oksīdā, kas kopā ar oglekli dioksīds, izdalās atmosfērā. Savienojot atmosfēras slāpekli un tehniskās emisijas ar skābekli, veidojas dažādi slāpekļa oksīdi, un izveidoto slāpekļa oksīdu tilpums ir atkarīgs no degšanas temperatūras. Lielākā daļa slāpekļa oksīdu rodas transportlīdzekļu un dīzeļlokomotīvju darbības laikā, bet mazāka daļa rodas enerģētikā un rūpniecības uzņēmumos. Sēra un slāpekļa oksīdi ir galvenie skābes veidotāji. Reaģējot ar atmosfēras skābekli un tajā esošajiem ūdens tvaikiem, veidojas sērskābe un slāpekļskābe.

Ir zināms, ka barotnes sārmu-skābes līdzsvaru nosaka pH vērtība. Neitrālai videi pH vērtība ir 7, skābai videi – 0, sārmainai – 14. Mūsdienās lietus ūdens pH vērtība ir 5,6, lai gan nesenā pagātnē bija neitrāls. PH vērtības samazināšanās par vienu atbilst desmitkārtīgam skābuma palielinājumam, un tāpēc šobrīd lietavas ar paaugstinātu skābumu krīt gandrīz visur. Rietumeiropā reģistrētais lietus maksimālais skābums bija 4-3,5 pH. Jāņem vērā, ka pH vērtība, kas vienāda ar 4-4,5, ir nāvējoša lielākajai daļai zivju.

Skābie lietus agresīvi ietekmē Zemes veģetācijas segumu, rūpnieciskās un dzīvojamās ēkas un veicina ievērojamu atklāto iežu laikapstākļu paātrināšanos. Skābuma palielināšanās novērš augsnes, kurās ir izšķīdušas barības vielas, neitralizācijas pašregulāciju. Savukārt tas izraisa strauju ražas samazināšanos un izraisa veģetācijas seguma degradāciju. Augsnes skābums veicina saistītā stāvoklī esošo smago izdalīšanos, ko augi pamazām absorbē, izraisot tajos nopietnus audu bojājumus un iekļūstot cilvēka barības ķēdē.

Jūras ūdeņu sārmainās-skābes potenciāla izmaiņas, īpaši seklos ūdeņos, noved pie daudzu bezmugurkaulnieku vairošanās pārtraukšanas, izraisa zivju nāvi un izjauc ekoloģisko līdzsvaru okeānos.

Skābo lietus rezultātā nāves draudi ir Rietumeiropas, Baltijas valstu, Karēlijas, Urālu, Sibīrijas un Kanādas mežiem.

Atmosfēras loma Zemes dzīvē

Atmosfēra ir skābekļa avots, ko cilvēki elpo. Tomēr, paceļoties augstumā, kopējais atmosfēras spiediens pazeminās, kā rezultātā samazinās parciālais skābekļa spiediens.

Cilvēka plaušās ir aptuveni trīs litri alveolārā gaisa. Ja atmosfēras spiediens ir normāls, tad parciālais skābekļa spiediens alveolārajā gaisā būs 11 mm Hg. Art., Oglekļa dioksīda spiediens - 40 mm Hg. Art., un ūdens tvaiki - 47 mm Hg. Art. Palielinoties augstumam, skābekļa spiediens samazinās, un ūdens tvaiku un oglekļa dioksīda spiediens plaušās kopumā paliks nemainīgs - aptuveni 87 mm Hg. Art. Kad gaisa spiediens ir vienāds ar šo vērtību, skābeklis pārtrauks plūst plaušās.

Atmosfēras spiediena pazemināšanās dēļ 20 km augstumā šeit uzvārīsies ūdens un intersticiāls ķermeņa šķidrums cilvēka organismā. Ja neizmantosiet spiediena kabīni, tādā augstumā cilvēks nomirs gandrīz acumirklī. Tāpēc no cilvēka ķermeņa fizioloģisko īpašību viedokļa "kosmoss" rodas no 20 km augstuma virs jūras līmeņa.

Atmosfēras loma Zemes dzīvē ir ļoti liela. Tā, piemēram, pateicoties blīvajiem gaisa slāņiem – troposfērai un stratosfērai, cilvēki ir pasargāti no radiācijas iedarbības. Kosmosā, retinātā gaisā, augstumā virs 36 km, darbojas jonizējošais starojums. Augstumā virs 40 km - ultravioletais.

Paceļoties virs Zemes virsmas augstumā virs 90-100 km, notiks pakāpeniska vājināšanās un pēc tam pilnīga atmosfēras apakšējā slānī novēroto cilvēkiem pazīstamo parādību izzušana:

Skaņa neizplatās.

Nav aerodinamiskā spēka un pretestības.

Siltums netiek nodots konvekcijas ceļā utt.

Atmosfēras slānis aizsargā Zemi un visus dzīvos organismus no kosmiskā starojuma, no meteorītiem, ir atbildīgs par sezonālo temperatūras svārstību regulēšanu, ikdienas līdzsvarošanu un izlīdzināšanu. Ja uz Zemes nebūtu atmosfēras, dienas temperatūra svārstītos +/-200°C robežās. Atmosfēras slānis ir dzīvību veicinošs "buferis" starp zemes virsmu un kosmosu, mitruma un siltuma nesējs, atmosfērā notiek fotosintēzes un enerģijas apmaiņas procesi - svarīgākie biosfēras procesi.

Atmosfēras slāņi secībā no Zemes virsmas

Atmosfēra ir slāņveida struktūra, kas ir šādi atmosfēras slāņi secībā no Zemes virsmas:

Troposfēra.

Stratosfēra.

Mezosfēra.

Termosfēra.

Eksosfēra

Katram slānim nav asu robežu starp tiem, un to augstumu ietekmē platums un gadalaiki. Šī slāņveida struktūra veidojās dažādu augstumu temperatūras izmaiņu rezultātā. Pateicoties atmosfērai, mēs redzam mirgojošas zvaigznes.

Zemes atmosfēras struktūra pa slāņiem:

No kā sastāv Zemes atmosfēra?

Katrs atmosfēras slānis atšķiras pēc temperatūras, blīvuma un sastāva. Kopējais atmosfēras biezums ir 1,5-2,0 tūkstoši km. No kā sastāv Zemes atmosfēra? Šobrīd tas ir gāzu maisījums ar dažādiem piemaisījumiem.

Troposfēra

Zemes atmosfēras struktūra sākas ar troposfēru, kas ir aptuveni 10-15 km augsta atmosfēras apakšējā daļa. Šeit koncentrējas lielākā daļa atmosfēras gaisa. Raksturīga troposfēras iezīme ir temperatūras pazemināšanās par 0,6 ˚C, paceļoties uz augšu ik pēc 100 metriem. Troposfēra sevī ir koncentrējusi gandrīz visus atmosfēras ūdens tvaikus, un šeit veidojas arī mākoņi.

Troposfēras augstums mainās katru dienu. Turklāt tā vidējā vērtība mainās atkarībā no platuma grādiem un gada sezonas. Troposfēras vidējais augstums virs poliem ir 9 km, virs ekvatora - aptuveni 17 km. Gada vidējā gaisa temperatūra virs ekvatora ir tuvu +26 ˚C, virs Ziemeļpola -23 ˚C. Troposfēras robežas augšējā līnija virs ekvatora ir gada vidējā temperatūra aptuveni -70 ˚C, bet virs ziemeļpola vasarā -45 ˚C un ziemā -65 ˚C. Tādējādi, jo lielāks augstums, jo zemāka temperatūra. Saules stari brīvi iziet cauri troposfērai, sildot Zemes virsmu. Saules izstaroto siltumu aiztur oglekļa dioksīds, metāns un ūdens tvaiki.

Stratosfēra

Virs troposfēras slāņa atrodas stratosfēra, kuras augstums ir 50-55 km. Šī slāņa īpatnība ir temperatūras paaugstināšanās ar augstumu. Starp troposfēru un stratosfēru atrodas pārejas slānis, ko sauc par tropopauzi.

Apmēram no 25 kilometru augstuma stratosfēras slāņa temperatūra sāk paaugstināties un, sasniedzot maksimālo augstumu 50 km, iegūst vērtības no +10 līdz +30 ˚C.

Stratosfērā ir ļoti maz ūdens tvaiku. Dažreiz aptuveni 25 km augstumā var atrast diezgan plānus mākoņus, kurus sauc par "perlamutru". Dienā tie nav pamanāmi, bet naktī tie spīd, pateicoties saules apgaismojumam, kas atrodas zem horizonta. Perlamutra mākoņu sastāvs ir pārdzesēti ūdens pilieni. Stratosfēru galvenokārt veido ozons.

Mezosfēra

Mezosfēras slāņa augstums ir aptuveni 80 km. Šeit, paceļoties uz augšu, temperatūra pazeminās un pie augšējās robežas sasniedz vairākus desmitus C˚ zem nulles. Mezosfērā var novērot arī mākoņus, kas, domājams, veidojušies no ledus kristāliem. Šos mākoņus sauc par "sudrabaini". Mezosfērai ir raksturīga aukstākā temperatūra atmosfērā: no -2 līdz -138 ˚C.

Termosfēra

Šis atmosfēras slānis ieguva savu nosaukumu augstās temperatūras dēļ. Termosfēra sastāv no:

Jonosfēra.

eksosfēras.

Jonosfērai raksturīgs retināts gaiss, kura katrs centimetrs 300 km augstumā sastāv no 1 miljarda atomu un molekulu, bet 600 km augstumā - vairāk nekā 100 miljonus.

Jonosfērai ir raksturīga arī augsta gaisa jonizācija. Šie joni sastāv no lādētiem skābekļa atomiem, lādētām slāpekļa atomu molekulām un brīvajiem elektroniem.

Eksosfēra

No 800-1000 km augstuma sākas eksosfēras slānis. Gāzes daļiņas, īpaši vieglās, šeit pārvietojas lielā ātrumā, pārvarot gravitācijas spēku. Šādas daļiņas to straujās kustības dēļ izlido no atmosfēras kosmosā un izklīst. Tāpēc eksosfēru sauc par izkliedes sfēru. Kosmosā pārsvarā lido ūdeņraža atomi, kas veido augstākos eksosfēras slāņus. Pateicoties daļiņām atmosfēras augšējos slāņos un saules vēja daļiņām, mēs varam novērot ziemeļblāzmu.

Satelīti un ģeofizikālās raķetes ļāva konstatēt planētas radiācijas jostas, kas sastāv no elektriski lādētām daļiņām - elektroniem un protoniem, klātbūtni atmosfēras augšējos slāņos.

Atmosfēra(no grieķu atmos - tvaiks un sfarija - bumba) - Zemes gaisa apvalks, kas rotē ar to. Atmosfēras attīstība bija cieši saistīta ar uz mūsu planētas notiekošajiem ģeoloģiskajiem un ģeoķīmiskiem procesiem, kā arī ar dzīvo organismu darbību.

Atmosfēras apakšējā robeža sakrīt ar Zemes virsmu, jo gaiss iekļūst mazākajās augsnes porās un izšķīst pat ūdenī.

Augšējā robeža 2000-3000 km augstumā pakāpeniski nonāk kosmosā.

Ar skābekli bagāta atmosfēra padara dzīvību iespējamu uz Zemes. Atmosfēras skābekli elpošanas procesā izmanto cilvēki, dzīvnieki un augi.

Ja nebūtu atmosfēras, Zeme būtu klusa kā Mēness. Galu galā skaņa ir gaisa daļiņu vibrācija. Debesu zilā krāsa ir izskaidrojama ar to, ka saules stari, izejot cauri atmosfērai, it kā caur objektīvu, sadalās to sastāvdaļkrāsās. Šajā gadījumā zilās un zilās krāsas stari ir izkliedēti visvairāk.

Atmosfēra saglabā lielāko daļu Saules ultravioletā starojuma, kas negatīvi ietekmē dzīvos organismus. Tas arī uztur siltumu uz Zemes virsmas, neļaujot mūsu planētai atdzist.

Atmosfēras struktūra

Atmosfērā var izdalīt vairākus slāņus, kas atšķiras pēc blīvuma un blīvuma (1. att.).

Troposfēra

Troposfēra- zemākais atmosfēras slānis, kura biezums virs poliem ir 8-10 km, mērenā platuma grādos - 10-12 km un virs ekvatora - 16-18 km.

Rīsi. 1. Zemes atmosfēras uzbūve

Gaiss troposfērā tiek uzkarsēts no zemes virsmas, t.i., no zemes un ūdens. Tāpēc gaisa temperatūra šajā slānī samazinās līdz ar augstumu vidēji par 0,6 ° C uz katriem 100 m. Troposfēras augšējā robežā tā sasniedz -55 ° C. Tajā pašā laikā ekvatora apgabalā pie troposfēras augšējās robežas gaisa temperatūra ir -70 °С, bet ziemeļpola reģionā -65 °С.

Apmēram 80% atmosfēras masas koncentrējas troposfērā, atrodas gandrīz visi ūdens tvaiki, notiek pērkona negaiss, vētras, mākoņi un nokrišņi, kā arī vertikāla (konvekcija) un horizontāla (vēja) gaisa kustība.

Var teikt, ka laika apstākļi galvenokārt veidojas troposfērā.

Stratosfēra

Stratosfēra- atmosfēras slānis, kas atrodas virs troposfēras 8 līdz 50 km augstumā. Debesu krāsa šajā slānī šķiet violeta, kas izskaidrojams ar gaisa retumu, kura dēļ saules stari gandrīz neizkliedējas.

Stratosfēra satur 20% no atmosfēras masas. Gaiss šajā slānī ir retināts, ūdens tvaiku praktiski nav, tāpēc mākoņi un nokrišņi gandrīz neveidojas. Taču stratosfērā vērojamas stabilas gaisa plūsmas, kuru ātrums sasniedz 300 km/h.

Šis slānis ir koncentrēts ozons(ozona ekrāns, ozonosfēra), slānis, kas absorbē ultravioletos starus, neļaujot tiem nokļūt uz Zemi un tādējādi aizsargājot dzīvos organismus uz mūsu planētas. Ozona ietekmē gaisa temperatūra pie stratosfēras augšējās robežas ir robežās no -50 līdz 4-55 °C.

Starp mezosfēru un stratosfēru ir pārejas zona - stratopauze.

Mezosfēra

Mezosfēra- atmosfēras slānis, kas atrodas 50-80 km augstumā. Gaisa blīvums šeit ir 200 reizes mazāks nekā uz Zemes virsmas. Debesu krāsa mezosfērā šķiet melna, zvaigznes ir redzamas dienas laikā. Gaisa temperatūra pazeminās līdz -75 (-90)°С.

80 km augstumā sākas termosfēra. Gaisa temperatūra šajā slānī strauji paaugstinās līdz 250 m augstumam, un pēc tam kļūst nemainīga: 150 km augstumā tā sasniedz 220-240 °C; 500-600 km augstumā tas pārsniedz 1500 °C.

Mezosfērā un termosfērā kosmisko staru ietekmē gāzes molekulas sadalās lādētās (jonizētās) atomu daļiņās, tāpēc šo atmosfēras daļu sauc jonosfēra- ļoti retināta gaisa slānis, kas atrodas augstumā no 50 līdz 1000 km un sastāv galvenokārt no jonizētiem skābekļa atomiem, slāpekļa oksīda molekulām un brīvajiem elektroniem. Šim slānim ir raksturīga augsta elektrifikācija, un no tā, tāpat kā no spoguļa, tiek atstaroti gari un vidēji radioviļņi.

Jonosfērā rodas polārblāzmas - retināto gāzu mirdzums no Saules lidojošu elektriski lādētu daļiņu ietekmē - un tiek novērotas krasas magnētiskā lauka svārstības.

Eksosfēra

Eksosfēra- atmosfēras ārējais slānis, kas atrodas virs 1000 km. Šo slāni sauc arī par izkliedes sfēru, jo gāzes daļiņas šeit pārvietojas lielā ātrumā un var tikt izkliedētas kosmosā.

Atmosfēras sastāvs

Atmosfēra ir gāzu maisījums, kas sastāv no slāpekļa (78,08%), skābekļa (20,95%), oglekļa dioksīda (0,03%), argona (0,93%), neliela daudzuma hēlija, neona, ksenona, kriptona (0,01%), ozons un citas gāzes, bet to saturs ir niecīgs (1. tabula). Mūsdienu Zemes gaisa sastāvs tika izveidots pirms vairāk nekā simts miljoniem gadu, taču krasi pieaugošā cilvēka ražošanas aktivitāte tomēr noveda pie tā izmaiņām. Pašlaik ir vērojams CO 2 satura pieaugums par aptuveni 10-12%.

Gāzes, kas veido atmosfēru, pilda dažādas funkcionālas lomas. Taču šo gāzu galveno nozīmi galvenokārt nosaka tas, ka tās ļoti spēcīgi absorbē starojuma enerģiju un tādējādi būtiski ietekmē Zemes virsmas un atmosfēras temperatūras režīmu.

1. tabula. Sausā atmosfēras gaisa ķīmiskais sastāvs zemes virsmas tuvumā

	Tilpuma koncentrācija. %	Molekulmasa, vienības
Skābeklis
Oglekļa dioksīds
Slāpekļa oksīds
	0 līdz 0,00001
Sēra dioksīds	no 0 līdz 0,000007 vasarā; 0 līdz 0,000002 ziemā
	No 0 līdz 0,000002	46,0055/17,03061
Azoga dioksīds
Oglekļa monoksīds

slāpeklis, visizplatītākā gāze atmosfērā, ķīmiski maz aktīva.

Skābeklis, atšķirībā no slāpekļa, ir ķīmiski ļoti aktīvs elements. Skābekļa specifiskā funkcija ir heterotrofo organismu organisko vielu, iežu un nepilnīgi oksidētu gāzu oksidēšana, ko atmosfērā izdala vulkāni. Bez skābekļa nenotiktu mirušo organisko vielu sadalīšanās.

Oglekļa dioksīda loma atmosfērā ir ārkārtīgi liela. Tas nonāk atmosfērā degšanas, dzīvo organismu elpošanas, sabrukšanas procesu rezultātā un, pirmkārt, ir galvenais būvmateriāls organisko vielu radīšanai fotosintēzes laikā. Turklāt liela nozīme ir oglekļa dioksīda īpašībai pārraidīt īsviļņu saules starojumu un absorbēt daļu termiskā garo viļņu starojuma, kas radīs tā saukto siltumnīcas efektu, kas tiks apspriests tālāk.

Ietekmi uz atmosfēras procesiem, īpaši stratosfēras termisko režīmu, iedarbojas arī ozons.Šī gāze kalpo kā dabisks saules ultravioletā starojuma absorbētājs, un saules starojuma absorbcija izraisa gaisa sildīšanu. Kopējā ozona satura atmosfērā mēneša vidējās vērtības mainās atkarībā no apgabala platuma un gadalaika 0,23-0,52 cm robežās (tas ir ozona slāņa biezums pie zemes spiediena un temperatūras). Ir vērojams ozona satura pieaugums no ekvatora līdz poliem un gada svārstības ar minimumu rudenī un maksimumu pavasarī.

Par atmosfēras raksturīgo īpašību var saukt faktu, ka galveno gāzu (slāpekļa, skābekļa, argona) saturs nedaudz mainās līdz ar augstumu: 65 km augstumā atmosfērā slāpekļa saturs ir 86%, skābekļa - 19, argons - 0,91, 95 km augstumā - slāpeklis 77, skābeklis - 21,3, argons - 0,82%. Atmosfēras gaisa sastāva noturība vertikāli un horizontāli tiek uzturēta ar tā sajaukšanos.

Papildus gāzēm gaiss satur ūdens tvaiki un cietās daļiņas. Pēdējiem var būt gan dabiska, gan mākslīga (antropogēna) izcelsme. Tie ir ziedu putekšņi, sīki sāls kristāli, ceļu putekļi, aerosola piemaisījumi. Kad saules stari iekļūst logā, tos var redzēt ar neapbruņotu aci.

Īpaši daudz cieto daļiņu ir pilsētu un lielo industriālo centru gaisā, kur aerosoliem pievieno kaitīgo gāzu emisijas un to piemaisījumus, kas veidojas degvielas sadegšanas laikā.

Aerosolu koncentrācija atmosfērā nosaka gaisa caurspīdīgumu, kas ietekmē Saules starojumu, kas sasniedz Zemes virsmu. Lielākie aerosoli ir kondensācijas kodoli (no lat. kondensācija- sablīvēšana, sabiezēšana) - veicina ūdens tvaiku pārvēršanos ūdens pilienos.

Ūdens tvaiku vērtību galvenokārt nosaka tas, ka tas aizkavē zemes virsmas garo viļņu termisko starojumu; ir liela un maza mitruma ciklu galvenā saite; paaugstina gaisa temperatūru, kad ūdens gultnes kondensējas.

Ūdens tvaiku daudzums atmosfērā mainās laikā un telpā. Tādējādi ūdens tvaiku koncentrācija pie zemes virsmas svārstās no 3% tropos līdz 2-10 (15)% Antarktīdā.

Vidējais ūdens tvaiku saturs atmosfēras vertikālajā kolonnā mērenajos platuma grādos ir aptuveni 1,6-1,7 cm (tāds biezums būs kondensētā ūdens tvaiku slānim). Informācija par ūdens tvaikiem dažādos atmosfēras slāņos ir pretrunīga. Piemēram, tika pieņemts, ka augstuma diapazonā no 20 līdz 30 km īpatnējais mitrums stipri palielinās līdz ar augstumu. Tomēr turpmākie mērījumi liecina par lielāku stratosfēras sausumu. Acīmredzot īpatnējais mitrums stratosfērā ir maz atkarīgs no auguma un ir 2–4 mg/kg.

Ūdens tvaiku satura mainīgumu troposfērā nosaka iztvaikošanas, kondensācijas un horizontālās transporta mijiedarbība. Ūdens tvaiku kondensācijas rezultātā veidojas mākoņi un nokrišņi lietus, krusas un sniega veidā.

Ūdens fāzu pāreju procesi notiek galvenokārt troposfērā, tāpēc mākoņi stratosfērā (20-30 km augstumā) un mezosfērā (netālu no mezopauzes), ko sauc par perlamutru un sudrabu, ir novērojami salīdzinoši reti. , savukārt troposfēras mākoņi bieži klāj aptuveni 50% no visas zemes virsmas.

Ūdens tvaiku daudzums, ko var saturēt gaisā, ir atkarīgs no gaisa temperatūras.

1 m 3 gaisa temperatūrā -20 ° C var saturēt ne vairāk kā 1 g ūdens; 0 ° C temperatūrā - ne vairāk kā 5 g; pie +10 °С - ne vairāk kā 9 g; pie +30 °С - ne vairāk kā 30 g ūdens.

Secinājums: Jo augstāka gaisa temperatūra, jo vairāk tajā var būt ūdens tvaiku.

Gaiss var būt bagāts un nav piesātināts tvaiks. Tātad, ja +30 ° C temperatūrā 1 m 3 gaisa satur 15 g ūdens tvaiku, gaiss nav piesātināts ar ūdens tvaikiem; ja 30 g - piesātināts.

Absolūtais mitrums- tas ir ūdens tvaiku daudzums, kas atrodas 1 m 3 gaisa. To izsaka gramos. Piemēram, ja viņi saka "absolūtais mitrums ir 15", tas nozīmē, ka 1 ml satur 15 g ūdens tvaiku.

Relatīvais mitrums- šī ir faktiskā ūdens tvaiku satura attiecība (procentos) 1 m 3 gaisa pret ūdens tvaiku daudzumu, ko var saturēt 1 m L noteiktā temperatūrā. Piemēram, ja radio laika ziņas pārraidīšanas laikā ziņoja, ka relatīvais mitrums ir 70%, tas nozīmē, ka gaiss satur 70% ūdens tvaiku, ko tas spēj noturēt noteiktā temperatūrā.

Jo lielāks ir gaisa relatīvais mitrums, t. jo tuvāk gaiss ir piesātinājumam, jo ​​lielāka iespēja, ka tas nokritīs.

Vienmēr augsts (līdz 90%) relatīvais mitrums ir novērojams ekvatoriālajā zonā, jo visu gadu ir augsta gaisa temperatūra un notiek liela iztvaikošana no okeānu virsmas. Tikpat augsts relatīvais mitrums ir polārajos reģionos, bet tikai tāpēc, ka zemā temperatūrā pat neliels ūdens tvaiku daudzums padara gaisu piesātinātu vai tuvu piesātinājumam. Mērenajos platuma grādos relatīvais mitrums mainās sezonāli – ziemā tas ir augstāks un vasarā zemāks.

Īpaši zems gaisa relatīvais mitrums ir tuksnešos: tur 1 m 1 gaisa satur divas līdz trīs reizes mazāk ūdens tvaiku, nekā tas ir iespējams noteiktā temperatūrā.

Lai mērītu relatīvo mitrumu, tiek izmantots higrometrs (no grieķu higros - mitrs un metreco - es mēru).

Atdzesēts, piesātināts gaiss nespēj sevī noturēt tādu pašu ūdens tvaiku daudzumu, tas sabiezē (kondensējas), pārvēršoties miglas pilienos. Skaidrā vēsā naktī vasarā var novērot miglu.

Mākoņi- tā ir tā pati migla, tikai tā veidojas nevis pie zemes virsmas, bet noteiktā augstumā. Gaisam paceļoties, tas atdziest un tajā esošie ūdens tvaiki kondensējas. Iegūtie sīkie ūdens pilieni veido mākoņus.

piedalās mākoņu veidošanā īpaša lieta suspendēts troposfērā.

Mākoņiem var būt dažāda forma, kas ir atkarīga no to veidošanās apstākļiem (14.tabula).

Zemākie un smagākie mākoņi ir slāņu mākoņi. Tie atrodas 2 km augstumā no zemes virsmas. 2 līdz 8 km augstumā novērojami gleznaināki gubu mākoņi. Augstākie un gaišākie ir spalvu mākoņi. Tie atrodas 8 līdz 18 km augstumā virs zemes virsmas.

ģimenes	Mākoņu veidi	Izskats
A. Augšējie mākoņi - virs 6 km	I. Pinnate	Vītņveida, šķiedraina, balta
	II. cirrocumulus	Slāņi un izciļņi no mazām pārslām un cirtas, balti
	III. Cirrostratus	Caurspīdīgs bālgans plīvurs
B. Vidējā slāņa mākoņi - virs 2 km	IV. Altocumulus	Baltas un pelēkas krāsas slāņi un izciļņi
	V. Altostrāts	Gluds plīvurs pienaini pelēkā krāsā
B. Apakšējie mākoņi - līdz 2 km	VI. Nimbostrāts	Ciets bezveidīgs pelēks slānis
	VII. Stratocumulus	Pelēcīgi necaurspīdīgi slāņi un izciļņi
	VIII. slāņains	Izgaismots pelēks plīvurs
D. Vertikālās attīstības mākoņi - no apakšējā līdz augšējam līmenim	IX. Cumulus	Nūjas un kupoli koši balti, vējā saplēstām malām
	X. Cumulonimbus	Spēcīgas gubu formas masas tumšā svina krāsā

Atmosfēras aizsardzība

Galvenie avoti ir rūpniecības uzņēmumi un automašīnas. Lielajās pilsētās galveno transporta ceļu gāzes piesārņojuma problēma ir ļoti aktuāla. Tāpēc daudzās lielajās pasaules pilsētās, arī mūsu valstī, ir ieviesta automašīnu izplūdes gāzu toksicitātes vides kontrole. Pēc speciālistu domām, dūmi un putekļi gaisā var uz pusi samazināt saules enerģijas plūsmu uz zemes virsmu, kas novedīs pie dabas apstākļu maiņas.