STRUKTURA ATMOSFERY

Atmosfera(z innego greckiego ἀτμός - para i σφαῖρα - kula) - gazowa powłoka (geosfera) otaczająca planetę Ziemię. Jego wewnętrzna powierzchnia pokrywa hydrosferę i częściowo skorupę ziemską, podczas gdy jej zewnętrzna powierzchnia graniczy z przyziemną częścią przestrzeni kosmicznej.

Właściwości fizyczne

Grubość atmosfery wynosi około 120 km od powierzchni Ziemi. Całkowita masa powietrza w atmosferze wynosi (5,1-5,3) 10 18 kg. Spośród nich masa suchego powietrza wynosi (5,1352 ± 0,0003) 10 18 kg, całkowita masa pary wodnej wynosi średnio 1,27 10 16 kg.

Masa molowa czystego suchego powietrza wynosi 28,966 g/mol, gęstość powietrza przy powierzchni morza wynosi około 1,2 kg/m 3 . Ciśnienie w temperaturze 0 °C na poziomie morza wynosi 101,325 kPa; temperatura krytyczna - -140,7 ° C; ciśnienie krytyczne - 3,7 MPa; C p w 0 °C - 1,0048 10 3 J/(kg K), C v - 0,7159 10 3 J/(kg K) (w 0 ° C). Rozpuszczalność powietrza w wodzie (wagowo) w 0°C - 0,0036%, w 25°C - 0,0023%.

Za „normalne warunki” na powierzchni Ziemi przyjmuje się: gęstość 1,2 kg/m3, ciśnienie barometryczne 101,35 kPa, temperaturę plus 20°C i wilgotność względną 50%. Te wskaźniki warunkowe mają wartość czysto inżynierską.

Struktura atmosfery

Atmosfera ma strukturę warstwową. Warstwy atmosfery różnią się między sobą temperaturą powietrza, jego gęstością, ilością pary wodnej w powietrzu i innymi właściwościami.

Troposfera(starożytne greckie τρόπος - „skręt”, „zmiana” i σφαῖρα - „kula”) - dolna, najlepiej zbadana warstwa atmosfery, o wysokości 8-10 km w rejonach polarnych, do 10-12 km w umiarkowanych szerokościach geograficznych, na równiku - 16-18 km.

Podczas wzrostu w troposferze temperatura spada średnio o 0,65 K na 100 m i osiąga 180-220 K w górnej części. Ta górna warstwa troposfery, w której zatrzymuje się spadek temperatury wraz z wysokością, nazywana jest tropopauzą. Kolejna warstwa atmosfery nad troposferą nazywana jest stratosferą.

Ponad 80% całkowitej masy powietrza atmosferycznego koncentruje się w troposferze, turbulencje i konwekcja są silnie rozwinięte, przeważająca część pary wodnej jest skoncentrowana, powstają chmury, tworzą się również fronty atmosferyczne, rozwijają się cyklony i antycyklony oraz inne procesy determinujące pogodę i klimat. Procesy zachodzące w troposferze wynikają przede wszystkim z konwekcji.

Część troposfery, w której mogą tworzyć się lodowce na powierzchni Ziemi, nazywa się chionosferą.

tropopauza(z greckiego τροπος – obrót, zmiana i παῦσις – stop, ustanie) – warstwa atmosfery, w której zatrzymuje się spadek temperatury wraz z wysokością; warstwa przejściowa od troposfery do stratosfery. W atmosferze ziemskiej tropopauza znajduje się na wysokościach od 8-12 km (nad poziomem morza) w rejonach polarnych i do 16-18 km nad równikiem. Wysokość tropopauzy zależy również od pory roku (tropopauza jest wyższa latem niż zimą) i aktywności cyklonowej (niższa w cyklonach i wyższa w antycyklonach)

Grubość tropopauzy waha się od kilkuset metrów do 2-3 kilometrów. W subtropikach obserwuje się pęknięcia tropopauzy z powodu silnych strumieni odrzutowych. Tropauza na poszczególnych obszarach jest często niszczona i ponownie formowana.

Stratosfera(od warstwy łacińskiej - podłoga, warstwa) - warstwa atmosfery, położona na wysokości od 11 do 50 km. Typowa jest niewielka zmiana temperatury w warstwie 11-25 km (dolna warstwa stratosfery) i jej wzrost w warstwie 25-40 km z -56,5 do 0,8 °C (górna warstwa stratosfery lub region inwersji). Po osiągnięciu wartości około 273 K (prawie 0 °C) na wysokości około 40 km, temperatura pozostaje stała do wysokości około 55 km. Ten obszar o stałej temperaturze nazywany jest stratopauzą i stanowi granicę między stratosferą a mezosferą. Gęstość powietrza w stratosferze jest dziesiątki i setki razy mniejsza niż na poziomie morza.

To właśnie w stratosferze znajduje się warstwa ozonosfery („warstwa ozonowa”) (na wysokości od 15-20 do 55-60 km), która wyznacza górną granicę życia w biosferze. Ozon (O 3 ) powstaje najintensywniej w wyniku reakcji fotochemicznych na wysokości ~30 km. Całkowita masa O 3 przy normalnym ciśnieniu to warstwa o grubości 1,7-4,0 mm, ale nawet to wystarczy, aby pochłonąć szkodliwe dla życia słoneczne promieniowanie ultrafioletowe. Zniszczenie O 3 następuje, gdy wchodzi w interakcje z wolnymi rodnikami, NO, związkami zawierającymi halogeny (w tym „freony”).

Większość krótkofalowej części promieniowania ultrafioletowego (180-200 nm) jest zatrzymywana w stratosferze, a energia fal krótkich jest przekształcana. Pod wpływem tych promieni zmieniają się pola magnetyczne, cząsteczki rozpadają się, dochodzi do jonizacji, powstawania nowych gazów i innych związków chemicznych. Procesy te można zaobserwować w postaci zorzy polarnej, piorunów i innych poświat.

W stratosferze i warstwach wyższych pod wpływem promieniowania słonecznego cząsteczki gazu dysocjują - na atomy (powyżej 80 km CO 2 i H 2 dysocjują, powyżej 150 km - O 2, powyżej 300 km - N 2). Na wysokości 200-500 km jonizacja gazów zachodzi również w jonosferze, na wysokości 320 km stężenie naładowanych cząstek (O+2, O-2, N+2) wynosi ~1/300 stężenie cząstek obojętnych. W górnych warstwach atmosfery znajdują się wolne rodniki - OH, HO 2 itp.

W stratosferze prawie nie ma pary wodnej.

Loty do stratosfery rozpoczęły się w latach 30. XX wieku. Powszechnie znany jest lot pierwszym balonem stratosferycznym (FNRS-1), który Auguste Picard i Paul Kipfer wykonali 27 maja 1931 r. na wysokość 16,2 km. Współczesne bojowe i naddźwiękowe samoloty komercyjne latają w stratosferze na wysokościach na ogół do 20 km (chociaż pułap dynamiczny może być znacznie wyższy). Balony pogodowe na dużych wysokościach wznoszą się do 40 km; rekord dla balonu bezzałogowego wynosi 51,8 km.

W ostatnim czasie w kręgach wojskowych Stanów Zjednoczonych wiele uwagi poświęca się rozwojowi warstw stratosfery powyżej 20 km, często nazywanych „przedprzestrzenią” (inż. « blisko kosmosu» ). Zakłada się, że bezzałogowe sterowce i samoloty napędzane energią słoneczną (np. NASA Pathfinder) będą w stanie przez długi czas przebywać na wysokości około 30 km i zapewniać obserwację i komunikację na bardzo dużych obszarach, pozostając jednocześnie podatnym na ataki systemów obrony przeciwlotniczej; takie urządzenia będą wielokrotnie tańsze niż satelity.

Stratopauza- warstwa atmosfery, która jest granicą między dwiema warstwami, stratosferą i mezosferą. W stratosferze temperatura wzrasta wraz z wysokością, a stratopauza to warstwa, w której temperatura osiąga maksimum. Temperatura stratopauzy wynosi około 0 °C.

Zjawisko to obserwuje się nie tylko na Ziemi, ale także na innych planetach posiadających atmosferę.

Na Ziemi stratopauza znajduje się na wysokości 50-55 km nad poziomem morza. Ciśnienie atmosferyczne wynosi około 1/1000 ciśnienia na poziomie morza.

Mezosfera(z greckiego μεσο- - „środek” i σφαῖρα - „kula”, „kula”) - warstwa atmosfery na wysokościach od 40-50 do 80-90 km. Charakteryzuje się wzrostem temperatury wraz ze wzrostem; maksymalna (około +50°C) temperatura znajduje się na wysokości około 60 km, po czym temperatura zaczyna spadać do -70° lub -80°C. Taki spadek temperatury związany jest z energetyczną absorpcją promieniowania słonecznego (promieniowania) przez ozon. Termin został przyjęty przez Unię Geograficzną i Geofizyczną w 1951 roku.

Skład gazowy mezosfery, jak również dolnych warstw atmosfery, jest stały i zawiera około 80% azotu i 20% tlenu.

Mezosfera jest oddzielona od leżącej poniżej stratosfery stratopauzą, a od leżącej powyżej termosfery mezopauzą. Mezopauza w zasadzie pokrywa się z turbopauzą.

Meteory zaczynają świecić i z reguły całkowicie spalają się w mezosferze.

W mezosferze mogą pojawić się ciemne chmury.

W przypadku lotów mezosfera jest rodzajem „martwej strefy” - powietrze jest tutaj zbyt rozrzedzone, aby obsługiwać samoloty lub balony (na wysokości 50 km gęstość powietrza jest 1000 razy mniejsza niż na poziomie morza), a jednocześnie czas zbyt gęsty na sztuczne loty satelity na tak niskiej orbicie. Bezpośrednie badania mezosfery prowadzone są głównie za pomocą suborbitalnych rakiet meteorologicznych; ogólnie mezosfera była badana gorzej niż inne warstwy atmosfery, w związku z czym naukowcy nazwali ją „ignorosferą”.

mezopauza

mezopauza Warstwa atmosfery oddzielająca mezosferę i termosferę. Na Ziemi znajduje się na wysokości 80-90 km nad poziomem morza. W mezopauzie minimalna temperatura wynosi około -100°C. Poniżej (zaczynając od wysokości około 50 km) temperatura spada wraz z wysokością, powyżej (do wysokości około 400 km) ponownie się podnosi. Mezopauza pokrywa się z dolną granicą obszaru aktywnej absorpcji promieniowania rentgenowskiego i promieniowania ultrafioletowego Słońca o najkrótszej długości fali. Na tej wysokości obserwuje się srebrzyste chmury.

Mezopauza istnieje nie tylko na Ziemi, ale także na innych planetach posiadających atmosferę.

Linia Karmana- wysokość nad poziomem morza, którą umownie przyjmuje się jako granicę między atmosferą ziemską a przestrzenią.

Zgodnie z definicją Fédération Aéronautique Internationale (FAI), Linia Karmana znajduje się na wysokości 100 km nad poziomem morza.

Wzrost został nazwany na cześć Theodora von Karmana, amerykańskiego naukowca pochodzenia węgierskiego. Był pierwszym, który ustalił, że mniej więcej na tej wysokości atmosfera staje się tak rozrzedzona, że ​​aeronautyka staje się niemożliwa, ponieważ prędkość samolotu, niezbędna do wytworzenia wystarczającej siły nośnej, staje się większa niż pierwsza prędkość kosmiczna, a zatem do osiągnięcia wyższych wysokości, konieczne jest użycie środków astronautyki.

Atmosfera ziemska trwa dalej poza linią Karmana. Zewnętrzna część atmosfery ziemskiej, egzosfera, rozciąga się na wysokość 10 000 km lub więcej, na takiej wysokości atmosfera składa się głównie z atomów wodoru, które mogą opuścić atmosferę.

Dotarcie do Linii Karmana było pierwszym warunkiem przyznania Nagrody Ansari X, gdyż jest to podstawa do uznania lotu za lot kosmiczny.

Gazowa otoczka, która otacza naszą planetę Ziemię, znana jako atmosfera, składa się z pięciu głównych warstw. Warstwy te powstają na powierzchni planety, z poziomu morza (czasami poniżej) i wznoszą się w przestrzeń kosmiczną w następującej kolejności:

• Troposfera;
• Stratosfera;
• Mezosfera;
• Termosfera;
• Egzosfera.

Schemat głównych warstw atmosfery ziemskiej

Pomiędzy każdą z tych pięciu głównych warstw znajdują się strefy przejściowe zwane „pauzami”, w których zachodzą zmiany temperatury, składu i gęstości powietrza. Wraz z przerwami atmosfera ziemska składa się w sumie z 9 warstw.

Troposfera: gdzie dzieje się pogoda

Ze wszystkich warstw atmosfery troposfera jest tą, którą najlepiej znamy (czy zdajesz sobie z tego sprawę, czy nie), ponieważ żyjemy na jej dnie - na powierzchni planety. Otacza powierzchnię Ziemi i rozciąga się w górę na kilka kilometrów. Słowo troposfera oznacza „zmianę piłki”. Bardzo trafna nazwa, ponieważ w tej warstwie dzieje się codzienna pogoda.

Zaczynając od powierzchni planety, troposfera wznosi się na wysokość od 6 do 20 km. Dolna jedna trzecia najbliższej nam warstwy zawiera 50% wszystkich gazów atmosferycznych. To jedyna część całej kompozycji atmosfery, która oddycha. Ze względu na to, że powietrze ogrzewane jest od dołu przez powierzchnię ziemi, która pochłania energię cieplną Słońca, temperatura i ciśnienie w troposferze spadają wraz ze wzrostem wysokości.

Na górze znajduje się cienka warstwa zwana tropopauzą, która jest tylko buforem między troposferą a stratosferą.

Stratosfera: dom ozonu

Stratosfera to kolejna warstwa atmosfery. Rozciąga się od 6-20 km do 50 km nad powierzchnią ziemi. Jest to warstwa, w której lata większość komercyjnych samolotów i balonów.

Tutaj powietrze nie płynie w górę iw dół, ale porusza się równolegle do powierzchni w bardzo szybkich prądach powietrza. Temperatura wzrasta w miarę wznoszenia się, dzięki obfitości naturalnie występującego ozonu (O3), produktu ubocznego promieniowania słonecznego, oraz tlenu, który ma zdolność pochłaniania szkodliwych promieni ultrafioletowych słońca (każdy wzrost temperatury wraz z wysokością jest znany w meteorologia jako "inwersja" .

Ponieważ stratosfera ma wyższą temperaturę na dole i chłodniejszą na górze, konwekcja (pionowe ruchy mas powietrza) jest rzadkością w tej części atmosfery. W rzeczywistości burzę szalejącą w troposferze można zobaczyć ze stratosfery, ponieważ warstwa działa jak „czapka” konwekcji, przez którą chmury burzowe nie przenikają.

Za stratosferą ponownie pojawia się warstwa buforowa, tym razem zwana stratopauzą.

Mezosfera: środkowa atmosfera

Mezosfera znajduje się około 50-80 km od powierzchni Ziemi. Górna mezosfera to najzimniejsze naturalne miejsce na Ziemi, gdzie temperatury mogą spaść poniżej -143°C.

Termosfera: górna atmosfera

Po mezosferze i mezopauzie następuje termosfera, znajdująca się między 80 a 700 km nad powierzchnią planety i zawierająca mniej niż 0,01% całkowitego powietrza w powłoce atmosferycznej. Temperatury dochodzą tu do +2000°C, ale ze względu na silne rozrzedzenie powietrza i brak cząsteczek gazu do przenoszenia ciepła, te wysokie temperatury są odbierane jako bardzo zimne.

Egzosfera: granica atmosfery i przestrzeni

Na wysokości około 700-10 000 km nad powierzchnią ziemi znajduje się egzosfera - zewnętrzna krawędź atmosfery, granicząca z przestrzenią. Tutaj satelity meteorologiczne krążą wokół Ziemi.

A co z jonosferą?

Jonosfera nie jest osobną warstwą i tak naprawdę termin ten odnosi się do atmosfery znajdującej się na wysokości od 60 do 1000 km. Obejmuje najwyższe części mezosfery, całą termosferę i część egzosfery. Jonosfera otrzymała swoją nazwę, ponieważ w tej części atmosfery promieniowanie słoneczne jest zjonizowane, gdy przechodzi przez pola magnetyczne Ziemi w punkcie i . Zjawisko to jest obserwowane z ziemi jako zorza polarna.

Atmosfera jest mieszaniną różnych gazów. Rozciąga się od powierzchni Ziemi na wysokość do 900 km, chroniąc planetę przed szkodliwym spektrum promieniowania słonecznego i zawiera gazy niezbędne do wszelkiego życia na planecie. Atmosfera zatrzymuje ciepło słoneczne, ogrzewając się przy powierzchni ziemi i tworząc sprzyjający klimat.

Skład atmosfery

Atmosfera ziemska składa się głównie z dwóch gazów - azotu (78%) i tlenu (21%). Ponadto zawiera zanieczyszczenia dwutlenku węgla i innych gazów. w atmosferze występuje w postaci pary, kropel wilgoci w chmurach i kryształków lodu.

Warstwy atmosfery

Atmosfera składa się z wielu warstw, pomiędzy którymi nie ma wyraźnych granic. Temperatury różnych warstw znacznie się od siebie różnią.

• magnetosfera bezpowietrzna. Większość satelitów Ziemi leci tutaj poza ziemską atmosferę.
• Egzosfera (450-500 km od powierzchni). Prawie nie zawiera gazów. Niektóre satelity pogodowe latają w egzosferze. Termosfera (80-450 km) charakteryzuje się wysoką temperaturą sięgającą 1700°C w górnej warstwie.
• Mezosfera (50-80 km). W tej sferze temperatura spada wraz ze wzrostem wysokości. To tutaj spłonie większość meteorytów (fragmentów skał kosmicznych), które dostają się do atmosfery.
• Stratosfera (15-50 km). Zawiera warstwę ozonową, czyli warstwę ozonu, która pochłania promieniowanie ultrafioletowe pochodzące ze słońca. Prowadzi to do wzrostu temperatury w pobliżu powierzchni Ziemi. Zwykle latają tu odrzutowce, ponieważ widoczność w tej warstwie jest bardzo dobra i praktycznie nie występują zakłócenia spowodowane warunkami atmosferycznymi.
• Troposfera. Wysokość waha się od 8 do 15 km od powierzchni ziemi. To tutaj kształtuje się pogoda planety, ponieważ w ta warstwa zawiera najwięcej pary wodnej, kurzu i wiatru. Temperatura spada wraz z odległością od powierzchni ziemi.

Ciśnienie atmosferyczne

Chociaż tego nie czujemy, warstwy atmosfery wywierają nacisk na powierzchnię Ziemi. Najwyższa znajduje się przy powierzchni i w miarę oddalania się od niej stopniowo maleje. Zależy to od różnicy temperatur między lądem a oceanem, dlatego na terenach położonych na tej samej wysokości nad poziomem morza panuje często inne ciśnienie. Niskie ciśnienie powoduje deszczową pogodę, podczas gdy wysokie ciśnienie zwykle powoduje bezchmurną pogodę.

Ruch mas powietrza w atmosferze

A ciśnienia powodują mieszanie się niższej atmosfery. Tworzy to wiatry, które wieją z obszarów o wysokim ciśnieniu do obszarów o niskim ciśnieniu. W wielu regionach występują również lokalne wiatry, spowodowane różnicami temperatur na lądzie i morzu. Góry mają również istotny wpływ na kierunek wiatrów.

Efekt cieplarniany

Dwutlenek węgla i inne gazy w atmosferze ziemskiej zatrzymują ciepło słoneczne. Proces ten jest powszechnie nazywany efektem cieplarnianym, ponieważ pod wieloma względami przypomina cyrkulację ciepła w szklarniach. Efekt cieplarniany powoduje globalne ocieplenie na planecie. Na obszarach wysokiego ciśnienia - antycyklonach - powstaje czysty słoneczny. Na obszarach niskiego ciśnienia – cyklonach – pogoda jest zwykle niestabilna. Ciepło i światło wchodzące do atmosfery. Gazy zatrzymują ciepło odbite od powierzchni ziemi, powodując w ten sposób wzrost temperatury na ziemi.

W stratosferze znajduje się specjalna warstwa ozonowa. Ozon blokuje większość promieniowania ultrafioletowego ze Słońca, chroniąc przed nią Ziemię i całe życie na niej. Naukowcy odkryli, że przyczyną zniszczenia warstwy ozonowej są specjalne gazy dwutlenku chlorofluorowęglowodoru zawarte w niektórych aerozolach i urządzeniach chłodniczych. Nad Arktyką i Antarktydą odkryto ogromne dziury w warstwie ozonowej, przyczyniające się do wzrostu ilości promieniowania ultrafioletowego oddziałującego na powierzchnię Ziemi.

Ozon powstaje w niższych warstwach atmosfery w wyniku oddziaływania promieniowania słonecznego z różnymi spalinami i gazami. Zwykle rozprasza się w atmosferze, ale jeśli pod warstwą ciepłego powietrza tworzy się zamknięta warstwa zimnego powietrza, dochodzi do koncentracji ozonu i powstania smogu. Niestety nie może to zrekompensować utraty ozonu w otworach ozonowych.

Zdjęcie satelitarne wyraźnie pokazuje dziurę w warstwie ozonowej nad Antarktydą. Rozmiar dziury jest różny, ale naukowcy uważają, że stale się zwiększa. Podejmowane są próby obniżenia poziomu spalin w atmosferze. Zmniejsz zanieczyszczenie powietrza i używaj paliw bezdymnych w miastach. Smog powoduje u wielu osób podrażnienie i duszenie oczu.

Powstanie i ewolucja atmosfery ziemskiej

Współczesna atmosfera Ziemi jest wynikiem długiego rozwoju ewolucyjnego. Powstał w wyniku wspólnego działania czynników geologicznych i żywotnej aktywności organizmów. W historii geologicznej atmosfera ziemska przeszła kilka głębokich zmian. Na podstawie danych geologicznych i teoretycznych (warunki wstępne) pierwotna atmosfera młodej Ziemi, która istniała około 4 miliardów lat temu, mogła składać się z mieszaniny gazów obojętnych i szlachetnych z niewielkim dodatkiem azotu pasywnego (N. A. Yasamanov, 1985 ; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993. Obecnie pogląd na skład i strukturę wczesnej atmosfery nieco się zmienił. Pierwotna atmosfera (protoatmosfera) jest na najwcześniejszym etapie protoplanetarnym. 4,2 miliarda lat , może składać się z mieszaniny metanu, amoniaku i dwutlenku węgla. W wyniku odgazowania płaszcza i aktywnych procesów wietrzenia zachodzących na powierzchni ziemi, para wodna, związki węgla w postaci CO 2 i CO, siarka i jej Do atmosfery zaczęły przedostawać się związki chemiczne, a także silne kwasy halogenowe - HCl, HF, HI i kwas borowy, które zostały uzupełnione metanem, amoniakiem, wodorem, argonem i kilkoma innymi gazami szlachetnymi w atmosferze. niezwykle cienki. Dlatego temperatura w pobliżu powierzchni ziemi była zbliżona do temperatury równowagi radiacyjnej (AS Monin, 1977).

Z biegiem czasu skład gazowy pierwotnej atmosfery zaczął się zmieniać pod wpływem wietrzenia skał wystających na powierzchnię ziemi, żywotnej aktywności sinic i sinic, procesów wulkanicznych oraz działania światła słonecznego. Doprowadziło to do rozkładu metanu na dwutlenek węgla, amoniak na azot i wodór; dwutlenek węgla zaczął gromadzić się w atmosferze wtórnej, która powoli opadała na powierzchnię ziemi, oraz azot. Dzięki żywotnej aktywności sinic w procesie fotosyntezy zaczęto wytwarzać tlen, który jednak na początku był głównie zużywany na „utlenienie gazów atmosferycznych, a następnie skał. Jednocześnie amoniak, utleniony do azotu cząsteczkowego, zaczął intensywnie gromadzić się w atmosferze. Zakłada się, że znaczna część azotu we współczesnej atmosferze jest reliktowa. Metan i tlenek węgla zostały utlenione do dwutlenku węgla. Siarka i siarkowodór uległy utlenieniu do SO 2 i SO 3, które dzięki dużej ruchliwości i lekkości były szybko usuwane z atmosfery. W ten sposób atmosfera z redukującej, jak w archaiku i wczesnym proterozoiku, stopniowo przekształciła się w utleniającą.

Dwutlenek węgla przedostał się do atmosfery zarówno w wyniku utleniania metanu, jak iw wyniku odgazowania płaszcza i wietrzenia skał. W przypadku gdyby cały dwutlenek węgla uwolniony w całej historii Ziemi pozostał w atmosferze, jego ciśnienie cząstkowe mogłoby teraz stać się takie samo jak na Wenus (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Ale na Ziemi proces się odwrócił. Znaczna część dwutlenku węgla z atmosfery została rozpuszczona w hydrosferze, w której był wykorzystywany przez organizmy wodne do budowy ich muszli i biogenicznie przekształcany w węglany. Następnie powstały z nich najsilniejsze warstwy węglanów chemogenicznych i organogenicznych.

Tlen dostarczany był do atmosfery z trzech źródeł. Przez długi czas, począwszy od momentu powstania Ziemi, był uwalniany podczas odgazowywania płaszcza i był zużywany głównie na procesy oksydacyjne.Innym źródłem tlenu była fotodysocjacja pary wodnej pod wpływem twardego ultrafioletowego promieniowania słonecznego. wyglądy; wolny tlen w atmosferze doprowadził do śmierci większości prokariontów żyjących w warunkach redukcyjnych. Organizmy prokariotyczne zmieniły swoje siedliska. Pozostawili powierzchnię Ziemi w jej głębinach i regionach, w których nadal zachowały się warunki redukcyjne. Zostały one zastąpione przez eukarionty, które zaczęły energicznie przetwarzać dwutlenek węgla na tlen.

W archaiku i znacznej części proterozoiku prawie cały tlen, powstający zarówno abiogenicznie, jak i biogenicznie, był zużywany głównie na utlenianie żelaza i siarki. Pod koniec proterozoiku całe metaliczne żelazo dwuwartościowe, które znajdowało się na powierzchni Ziemi, utleniło się lub przeniosło do jądra Ziemi. Doprowadziło to do zmiany ciśnienia parcjalnego tlenu we wczesnej atmosferze proterozoiku.

W środku proterozoiku stężenie tlenu w atmosferze osiągnęło punkt Urey'a i wyniosło 0,01% obecnego poziomu. Od tego czasu w atmosferze zaczął gromadzić się tlen i prawdopodobnie już pod koniec rzeki Riphean jego zawartość osiągnęła punkt Pasteura (0,1% obecnego poziomu). Możliwe, że warstwa ozonowa powstała w okresie wendyjskim i nigdy nie zniknęła.

Pojawienie się wolnego tlenu w atmosferze ziemskiej pobudziło ewolucję życia i doprowadziło do pojawienia się nowych form o doskonalszym metabolizmie. Jeśli wcześniejsze eukariotyczne jednokomórkowe glony i cyjanki, które pojawiły się na początku proterozoiku, wymagały zawartości tlenu w wodzie zaledwie 10 -3 jej współczesnego stężenia, to wraz z pojawieniem się nieszkieletowych metazoi pod koniec wczesnego wendy, tj. około 650 milionów lat temu stężenie tlenu w atmosferze powinno być znacznie wyższe. W końcu Metazoa stosował oddychanie tlenowe, a to wymagało, aby ciśnienie parcjalne tlenu osiągnęło poziom krytyczny – punkt Pasteura. W tym przypadku proces fermentacji beztlenowej został zastąpiony bardziej obiecującym energetycznie i postępującym metabolizmem tlenu.

Potem dalsza akumulacja tlenu w atmosferze ziemskiej nastąpiła dość szybko. Postępujący wzrost objętości sinic przyczynił się do osiągnięcia w atmosferze poziomu tlenu niezbędnego do podtrzymania życia świata zwierzęcego. Pewna stabilizacja zawartości tlenu w atmosferze nastąpiła od momentu wylądowania roślin – około 450 mln lat temu. Pojawienie się roślin na lądzie, które nastąpiło w okresie syluru, doprowadziło do ostatecznej stabilizacji poziomu tlenu w atmosferze. Od tego czasu jego koncentracja zaczęła oscylować w dość wąskich granicach, nigdy nie wykraczając poza istnienie życia. Stężenie tlenu w atmosferze całkowicie się ustabilizowało od czasu pojawienia się roślin kwitnących. Wydarzenie to miało miejsce w połowie okresu kredowego, tj. około 100 milionów lat temu.

Większość azotu powstała we wczesnych stadiach rozwoju Ziemi, głównie z powodu rozkładu amoniaku. Wraz z pojawieniem się organizmów rozpoczął się proces wiązania azotu atmosferycznego w materię organiczną i zakopywania jej w osadach morskich. Po uwolnieniu organizmów na ląd, azot zaczął zakopywać się w osadach kontynentalnych. Procesy przetwarzania wolnego azotu zostały szczególnie zintensyfikowane wraz z pojawieniem się roślin lądowych.

Na przełomie kryptozoiku i fanerozoiku, czyli około 650 mln lat temu, zawartość dwutlenku węgla w atmosferze spadła do dziesiątych procent, a do poziomu zbliżonego do obecnego osiągnęła dopiero niedawno, około 10-20 mln. lata temu.

W ten sposób skład gazowy atmosfery nie tylko zapewniał przestrzeń życiową organizmom, ale także określał cechy ich życiowej aktywności, sprzyjał osiedlaniu się i ewolucji. Wynikające z tego niepowodzenia w korzystnym dla organizmów rozkładzie składu gazowego atmosfery, zarówno z przyczyn kosmicznych, jak i planetarnych, doprowadziły do ​​masowego wyginięcia świata organicznego, do którego wielokrotnie dochodziło w czasie kryptozoiku i w pewnych momentach historii fanerozoiku.

Etnosferyczne funkcje atmosfery

Atmosfera ziemska dostarcza niezbędnej substancji, energii oraz determinuje kierunek i szybkość procesów metabolicznych. Skład gazowy współczesnej atmosfery jest optymalny dla istnienia i rozwoju życia. Atmosfera jako obszar kształtowania się pogody i klimatu musi stwarzać komfortowe warunki do życia ludzi, zwierząt i roślinności. Odchylenia w tym czy innym kierunku w jakości powietrza atmosferycznego i warunkach pogodowych stwarzają ekstremalne warunki dla życia świata zwierząt i roślin, w tym ludzi.

Atmosfera Ziemi nie tylko zapewnia warunki do istnienia ludzkości, będąc głównym czynnikiem ewolucji etnosfery. Jednocześnie okazuje się być źródłem energii i surowców do produkcji. Ogólnie rzecz biorąc, atmosfera jest czynnikiem chroniącym ludzkie zdrowie, a niektóre tereny, ze względu na warunki fizyczno-geograficzne i jakość powietrza atmosferycznego, służą jako tereny rekreacyjne i są terenami przeznaczonymi do lecznictwa sanatoryjnego i rekreacji dla ludzi. Tak więc atmosfera jest czynnikiem oddziaływania estetycznego i emocjonalnego.

Funkcje etnosferyczne i technosferyczne atmosfery, określone całkiem niedawno (E.D. Nikitin, N.A. Yasamanov, 2001), wymagają niezależnych i pogłębionych badań. Tak więc badanie funkcji energii atmosferycznej jest bardzo istotne zarówno z punktu widzenia występowania i działania procesów szkodzących środowisku, jak i z punktu widzenia wpływu na zdrowie i samopoczucie człowieka. W tym przypadku mówimy o energii cyklonów i antycyklonów, wirach atmosferycznych, ciśnieniu atmosferycznym i innych ekstremalnych zjawiskach atmosferycznych, których efektywne wykorzystanie przyczyni się do pomyślnego rozwiązania problemu pozyskania alternatywnych źródeł energii nie zanieczyszczających środowiska środowisko. Wszakże środowisko powietrzne, a zwłaszcza jego część, która znajduje się nad Oceanem Światowym, jest obszarem uwalniania kolosalnej ilości darmowej energii.

Na przykład ustalono, że cyklony tropikalne o średniej sile uwalniają energię równoważną energii 500 000 bomb atomowych zrzuconych na Hiroszimę i Nagasaki w ciągu zaledwie jednego dnia. Przez 10 dni istnienia takiego cyklonu uwalniana jest wystarczająca ilość energii, aby zaspokoić wszystkie potrzeby energetyczne kraju takiego jak Stany Zjednoczone przez 600 lat.

W ostatnich latach ukazało się wiele prac przyrodników, w pewnym stopniu związanych z różnymi aspektami działalności i wpływem atmosfery na procesy ziemskie, co wskazuje na intensyfikację oddziaływań interdyscyplinarnych we współczesnej przyrodoznawstwie. Jednocześnie przejawia się integracyjna rola niektórych jej kierunków, wśród których należy zwrócić uwagę na kierunek funkcjonalno-ekologiczny w geoekologii.

Kierunek ten stymuluje analizę i teoretyczne uogólnienie funkcji ekologicznych i planetarnej roli różnych geosfer, a to z kolei jest ważnym warunkiem wstępnym rozwoju metodologii i podstaw naukowych dla całościowego badania naszej planety, racjonalnego wykorzystania i ochrona jego zasobów naturalnych.

Atmosfera ziemska składa się z kilku warstw: troposfery, stratosfery, mezosfery, termosfery, jonosfery i egzosfery. W górnej części troposfery i dolnej części stratosfery znajduje się warstwa wzbogacona ozonem, zwana warstwą ozonową. Ustalono pewne (dobowe, sezonowe, roczne itp.) prawidłowości w rozmieszczeniu ozonu. Atmosfera od początku miała wpływ na przebieg procesów planetarnych. Pierwotny skład atmosfery był zupełnie inny niż obecnie, ale z biegiem czasu proporcje i rola azotu cząsteczkowego stale rosły, około 650 milionów lat temu pojawił się wolny tlen, którego ilość stale rosła, ale stężenie dwutlenku węgla odpowiednio spadło . Wysoka mobilność atmosfery, jej skład gazowy oraz obecność aerozoli decydują o jej wybitnej roli i aktywnym udziale w różnych procesach geologicznych i biosferycznych. Ogromna jest rola atmosfery w redystrybucji energii słonecznej oraz rozwoju katastrofalnych zjawisk naturalnych i katastrof. Wiry atmosferyczne - tornada (tornada), huragany, tajfuny, cyklony i inne zjawiska mają negatywny wpływ na świat organiczny i systemy przyrodnicze. Głównymi źródłami zanieczyszczeń, obok czynników naturalnych, są różne formy działalności gospodarczej człowieka. Oddziaływania antropogeniczne na atmosferę wyrażają się nie tylko pojawieniem się różnych aerozoli i gazów cieplarnianych, ale także wzrostem ilości pary wodnej i przejawiają się w postaci smogu i kwaśnych deszczy. Gazy cieplarniane zmieniają reżim temperaturowy powierzchni ziemi, emisje niektórych gazów zmniejszają objętość ekranu ozonowego i przyczyniają się do powstawania dziur ozonowych. Etnosferyczna rola atmosfery ziemskiej jest wielka.

Rola atmosfery w procesach naturalnych

Atmosfera powierzchniowa w stanie pośrednim między litosferą a przestrzenią kosmiczną i jej skład gazowy stwarzają warunki do życia organizmów. Jednocześnie wietrzenie i intensywność niszczenia skał, przenoszenie i gromadzenie materiału detrytycznego zależy od ilości, charakteru i częstotliwości opadów, od częstotliwości i siły wiatrów, a zwłaszcza od temperatury powietrza. Atmosfera jest centralnym elementem systemu klimatycznego. Temperatura i wilgotność powietrza, zachmurzenie i opady, wiatr - wszystko to charakteryzuje pogodę, czyli ciągle zmieniający się stan atmosfery. Jednocześnie te same składniki również charakteryzują klimat, tj. przeciętny długookresowy reżim pogodowy.

Skład gazów, obecność chmur i różnych zanieczyszczeń, które nazywane są cząsteczkami aerozolu (popiół, pył, cząsteczki pary wodnej), determinują charakterystykę przechodzenia promieniowania słonecznego przez atmosferę i uniemożliwiają ucieczkę promieniowania cieplnego Ziemi w kosmos.

Atmosfera ziemska jest bardzo ruchliwa. Zachodzące w nim procesy i zmiany w jego składzie gazu, grubości, zmętnieniu, przezroczystości i obecności w nim różnych cząstek aerozolu wpływają zarówno na pogodę, jak i klimat.

O działaniu i kierunku naturalnych procesów, a także życia i aktywności na Ziemi decyduje promieniowanie słoneczne. Oddaje 99,98% ciepła docierającego do powierzchni ziemi. Rocznie daje 134*10 19 kcal. Taką ilość ciepła można uzyskać spalając 200 miliardów ton węgla. Zapasy wodoru, które wytwarzają ten przepływ energii termojądrowej w masie Słońca, wystarczą na co najmniej kolejne 10 miliardów lat, czyli na okres dwa razy dłuższy niż sama nasza planeta.

Około 1/3 całkowitej ilości energii słonecznej docierającej do górnej granicy atmosfery jest odbijana z powrotem w przestrzeń światową, 13% jest pochłaniane przez warstwę ozonową (w tym prawie całe promieniowanie ultrafioletowe). 7% - reszta atmosfery, a tylko 44% dociera do powierzchni ziemi. Całkowite promieniowanie słoneczne docierające do Ziemi w ciągu jednego dnia jest równe energii, jaką ludzkość otrzymała w wyniku spalania wszelkiego rodzaju paliw w ciągu ostatniego tysiąclecia.

Ilość i charakter rozkładu promieniowania słonecznego na powierzchni ziemi są ściśle uzależnione od zachmurzenia i przezroczystości atmosfery. Na ilość promieniowania rozproszonego wpływa wysokość Słońca nad horyzontem, przezroczystość atmosfery, zawartość pary wodnej, pyłu, całkowita ilość dwutlenku węgla itp.

Maksymalna ilość rozproszonego promieniowania przypada na regiony polarne. Im niżej Słońce znajduje się nad horyzontem, tym mniej ciepła dostaje się do danego obszaru.

Duże znaczenie ma przejrzystość atmosfery i zachmurzenie. W pochmurny letni dzień jest zwykle zimniej niż w pogodny, ponieważ zachmurzenie w ciągu dnia zapobiega nagrzewaniu się powierzchni ziemi.

Zawartość pyłu w atmosferze odgrywa ważną rolę w rozprowadzaniu ciepła. Drobno rozproszone w nim stałe cząstki pyłu i popiołu, które wpływają na jego przezroczystość, niekorzystnie wpływają na rozkład promieniowania słonecznego, którego większość jest odbijana. Drobne cząsteczki przedostają się do atmosfery na dwa sposoby: są to albo popiół emitowany podczas erupcji wulkanicznych, albo pustynny pył niesiony przez wiatry z suchych regionów tropikalnych i subtropikalnych. Szczególnie dużo takiego pyłu powstaje podczas suszy, kiedy to jest on przenoszony do górnych warstw atmosfery przez strumienie ciepłego powietrza i może tam pozostać przez długi czas. Po erupcji wulkanu Krakatoa w 1883 roku pył ​​wyrzucony do atmosfery na dziesiątki kilometrów pozostawał w stratosferze przez około 3 lata. W wyniku erupcji wulkanu El Chichon (Meksyk) w 1985 roku do Europy dotarł pył, w związku z czym nastąpił nieznaczny spadek temperatury powierzchni.

Atmosfera ziemska zawiera zmienną ilość pary wodnej. W wartościach bezwzględnych, wagowo lub objętościowo, jego ilość waha się od 2 do 5%.

Para wodna, podobnie jak dwutlenek węgla, wzmacnia efekt cieplarniany. W chmurach i mgłach powstających w atmosferze zachodzą specyficzne procesy fizykochemiczne.

Podstawowym źródłem pary wodnej w atmosferze jest powierzchnia oceanów. Z niej wyparowuje corocznie warstwa wody o grubości od 95 do 110 cm, część wilgoci po skropleniu powraca do oceanu, a część jest kierowana w kierunku kontynentów przez prądy powietrzne. W regionach o zmiennym klimacie wilgotnym opady nawilżają glebę, aw regionach wilgotnych tworzą rezerwy wód gruntowych. Atmosfera jest więc akumulatorem wilgoci i rezerwuarem opadów. a mgły, które tworzą się w atmosferze, nawilżają pokrywę glebową i tym samym odgrywają decydującą rolę w rozwoju świata zwierząt i roślin.

Wilgoć atmosferyczna jest rozprowadzana na powierzchni ziemi dzięki ruchliwości atmosfery. Posiada bardzo złożony system rozkładu wiatrów i ciśnienia. Ze względu na fakt, że atmosfera jest w ciągłym ruchu, charakter i zakres rozkładu przepływów wiatru i ciśnienia ulegają ciągłym zmianom. Skale cyrkulacji wahają się od mikrometeorologicznej, o wielkości zaledwie kilkuset metrów, po globalną, o wielkości kilkudziesięciu tysięcy kilometrów. Ogromne wiry atmosferyczne biorą udział w tworzeniu systemów prądów powietrza na dużą skalę i określają ogólną cyrkulację atmosfery. Ponadto są źródłem katastrofalnych zjawisk atmosferycznych.

Rozkład warunków pogodowych i klimatycznych oraz funkcjonowanie materii żywej zależą od ciśnienia atmosferycznego. W przypadku wahań ciśnienia atmosferycznego w niewielkich granicach nie odgrywa ono decydującej roli w samopoczuciu ludzi i zachowaniu zwierząt oraz nie wpływa na funkcje fizjologiczne roślin. Z reguły zjawiska czołowe i zmiany pogody są związane ze zmianami ciśnienia.

Ciśnienie atmosferyczne ma fundamentalne znaczenie dla powstawania wiatru, który będąc czynnikiem rzeźbotwórczym najsilniej oddziałuje na florę i faunę.

Wiatr jest w stanie zahamować wzrost roślin, a jednocześnie sprzyja przenoszeniu nasion. Rola wiatru w kształtowaniu warunków pogodowych i klimatycznych jest ogromna. Pełni również rolę regulatora prądów morskich. Wiatr jako jeden z czynników egzogenicznych przyczynia się do erozji i deflacji zwietrzałego materiału na długich dystansach.

Ekologiczna i geologiczna rola procesów atmosferycznych

Spadek przezroczystości atmosfery na skutek pojawienia się w niej cząstek aerozolu i pyłu stałego wpływa na rozkład promieniowania słonecznego, zwiększając albedo lub współczynnik odbicia. Różne reakcje chemiczne prowadzą do tego samego wyniku, powodując rozkład ozonu i generowanie chmur „perłowych”, składających się z pary wodnej. Globalna zmiana współczynnika odbicia, a także zmiany składu gazów atmosfery, głównie gazów cieplarnianych, są przyczyną zmian klimatycznych.

Nierównomierne ogrzewanie, które powoduje różnice ciśnienia atmosferycznego w różnych częściach powierzchni ziemi, prowadzi do cyrkulacji atmosferycznej, która jest cechą charakterystyczną troposfery. Gdy występuje różnica ciśnień, powietrze przepływa z obszarów o wysokim ciśnieniu do obszarów o niskim ciśnieniu. Te ruchy mas powietrza, wraz z wilgotnością i temperaturą, określają główne ekologiczne i geologiczne cechy procesów atmosferycznych.

W zależności od prędkości wiatr wytwarza różne prace geologiczne na powierzchni ziemi. Z prędkością 10 m/s potrząsa grubymi gałęziami drzew, zbiera i przenosi kurz i drobny piasek; łamie gałęzie drzew z prędkością 20 m/s, przenosi piasek i żwir; z prędkością 30 m/s (burza) zrywa dachy domów, wyrywa drzewa, łamie słupy, przesuwa kamyki i niesie drobny żwir, a huragan z prędkością 40 m/s niszczy domy, rozbija i burzy słupy linie energetyczne, wyrywają duże drzewa.

Burze szkwałowe i tornada (tornada) mają ogromny negatywny wpływ na środowisko z katastrofalnymi skutkami - wiry atmosferyczne, które występują w ciepłym sezonie na silnych frontach atmosferycznych z prędkością do 100 m/s. Szkwały to poziome trąby powietrzne o huraganowej prędkości wiatru (do 60-80 m/s). Często towarzyszą im ulewne deszcze i burze trwające od kilku minut do pół godziny. Szkwały obejmują obszary o szerokości do 50 km i pokonują dystans 200-250 km. Gwałtowna burza w Moskwie i regionie moskiewskim w 1998 roku uszkodziła dachy wielu domów i powaliła drzewa.

Tornada, zwane w Ameryce Północnej tornadami, są potężnymi wirami atmosferycznymi w kształcie lejka, często kojarzonymi z chmurami burzowymi. Są to zwężające się w środku kolumny powietrza o średnicy od kilkudziesięciu do kilkuset metrów. Tornado ma wygląd lejka, bardzo podobnego do trąby słonia, schodzącego z chmur lub wznoszącego się z powierzchni ziemi. Tornado, posiadające silne rozrzedzenie i dużą prędkość obrotową, przemieszcza się do kilkuset kilometrów, wciągając kurz, wodę ze zbiorników i różnych obiektów. Potężnym tornadom towarzyszą burze z piorunami, deszcz i mają ogromną siłę niszczącą.

Tornada rzadko występują w regionach podbiegunowych lub równikowych, gdzie jest stale zimno lub gorąco. Kilka tornad na otwartym oceanie. Tornada występują w Europie, Japonii, Australii, USA, aw Rosji są szczególnie częste w rejonie Centralnej Czarnej Ziemi, w rejonach Moskwy, Jarosławia, Niżnego Nowogrodu i Iwanowa.

Tornada podnoszą i przenoszą samochody, domy, wagony, mosty. Szczególnie niszczycielskie tornada (tornada) obserwuje się w Stanach Zjednoczonych. Rocznie odnotowuje się od 450 do 1500 tornad, średnio około 100 ofiar. Tornada to szybko działające katastrofalne procesy atmosferyczne. Powstają w zaledwie 20-30 minut, a czas ich istnienia to 30 minut. Dlatego prawie niemożliwe jest przewidzenie czasu i miejsca wystąpienia tornad.

Inne destrukcyjne, ale długotrwałe wiry atmosferyczne to cyklony. Powstają w wyniku spadku ciśnienia, który w określonych warunkach przyczynia się do powstania okrężnego ruchu prądów powietrza. Atmosferyczne wiry powstają wokół potężnych prądów wstępujących wilgotnego, ciepłego powietrza i obracają się z dużą prędkością zgodnie z ruchem wskazówek zegara na półkuli południowej i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara na półkuli północnej. Cyklony, w przeciwieństwie do tornad, powstają nad oceanami i wywołują niszczycielskie działania na kontynentach. Głównymi czynnikami destrukcyjnymi są silne wiatry, intensywne opady w postaci opadów śniegu, ulewy, gradobicia i powodzie. Wiatry o prędkości 19 – 30 m/s tworzą burzę, 30 – 35 m/s – burzę, a powyżej 35 m/s – huragan.

Cyklony tropikalne – huragany i tajfuny – mają średnią szerokość kilkuset kilometrów. Prędkość wiatru wewnątrz cyklonu osiąga siłę huraganu. Cyklony tropikalne trwają od kilku dni do kilku tygodni, poruszając się z prędkością od 50 do 200 km/h. Cyklony o średniej szerokości geograficznej mają większą średnicę. Ich wymiary poprzeczne wahają się od tysiąca do kilku tysięcy kilometrów, prędkość wiatru jest burzliwa. Poruszają się na półkuli północnej od zachodu i towarzyszy im grad i opady śniegu, które są katastrofalne. Cyklony i związane z nimi huragany i tajfuny to największe klęski żywiołowe po powodziach pod względem liczby ofiar i wyrządzonych szkód. W gęsto zaludnionych obszarach Azji liczba ofiar huraganów mierzona jest w tysiącach. W 1991 roku w Bangladeszu podczas huraganu, który spowodował powstanie fal morskich o wysokości 6 m, zginęło 125 tys. osób. Tajfuny powodują ogromne szkody w Stanach Zjednoczonych. W rezultacie umierają dziesiątki i setki ludzi. W Europie Zachodniej huragany powodują mniejsze szkody.

Burze są uważane za katastrofalne zjawisko atmosferyczne. Występują, gdy ciepłe, wilgotne powietrze unosi się bardzo szybko. Na granicy strefy tropikalnej i subtropikalnej burze występują przez 90-100 dni w roku, w strefie umiarkowanej przez 10-30 dni. W naszym kraju najwięcej burz występuje na Kaukazie Północnym.

Burze zwykle trwają krócej niż godzinę. Szczególne zagrożenie stanowią intensywne ulewy, gradobicia, uderzenia piorunów, podmuchy wiatru i pionowe prądy powietrza. Zagrożenie gradobiciem zależy od wielkości gradu. Na Kaukazie Północnym masa gradu sięgała kiedyś 0,5 kg, aw Indiach odnotowano gradobicie o wadze 7 kg. Najbardziej niebezpieczne obszary w naszym kraju znajdują się na Kaukazie Północnym. W lipcu 1992 r. na lotnisku Mineralne Wody uszkodził grad 18 samolotów.

Błyskawica to niebezpieczne zjawisko pogodowe. Zabijają ludzi, zwierzęta gospodarskie, powodują pożary, uszkadzają sieć energetyczną. Każdego roku na całym świecie z powodu burz i ich konsekwencji umiera około 10 000 ludzi. Ponadto w niektórych częściach Afryki, we Francji i Stanach Zjednoczonych liczba ofiar piorunów jest większa niż w przypadku innych zjawisk naturalnych. Roczne straty gospodarcze spowodowane burzami w Stanach Zjednoczonych wynoszą co najmniej 700 milionów dolarów.

Susze są typowe dla regionów pustynnych, stepowych i leśno-stepowych. Brak opadów powoduje wysychanie gleby, obniżanie poziomu wód gruntowych oraz w zbiornikach do całkowitego wyschnięcia. Niedobór wilgoci prowadzi do obumierania roślinności i upraw. Susze są szczególnie dotkliwe w Afryce, na Bliskim i Środkowym Wschodzie, w Azji Środkowej i południowej Ameryce Północnej.

Susze zmieniają warunki życia człowieka, wpływają niekorzystnie na środowisko naturalne poprzez procesy takie jak zasolenie gleby, suche wiatry, burze piaskowe, erozja gleby i pożary lasów. Pożary są szczególnie silne podczas suszy w regionach tajgi, lasach tropikalnych i subtropikalnych oraz sawannach.

Susze to procesy krótkotrwałe, trwające jeden sezon. Gdy susze trwają dłużej niż dwa sezony, istnieje zagrożenie głodem i masową śmiertelnością. Zazwyczaj skutki suszy rozciągają się na terytorium jednego lub więcej krajów. Szczególnie często w regionie Sahelu w Afryce występują przedłużające się susze o tragicznych skutkach.

Zjawiska atmosferyczne, takie jak opady śniegu, okresowe ulewne deszcze i długotrwałe, długotrwałe deszcze, powodują ogromne szkody. Opady śniegu powodują ogromne lawiny w górach, a gwałtowne topnienie padającego śniegu i przedłużające się ulewne deszcze prowadzą do powodzi. Ogromna masa wody spadająca na powierzchnię ziemi, zwłaszcza na terenach bezdrzewnych, powoduje poważną erozję pokrywy glebowej. Następuje intensywny rozwój systemów wąwozowych. Powodzie występują w wyniku dużych powodzi w okresie intensywnych opadów lub powodzi po nagłym ociepleniu lub wiosennym roztopie i są zatem zjawiskiem atmosferycznym pochodzenia (omówiono je w rozdziale o ekologicznej roli hydrosfery).

Antropogeniczne zmiany w atmosferze

Obecnie istnieje wiele różnych źródeł o charakterze antropogenicznym, które powodują zanieczyszczenie atmosfery i prowadzą do poważnych naruszeń równowagi ekologicznej. Pod względem skali największy wpływ na atmosferę mają dwa źródła: transport i przemysł. Przeciętnie transport odpowiada za ok. 60% całkowitej ilości zanieczyszczeń atmosfery, przemysł – 15%, energia cieplna – 15%, technologie niszczenia odpadów domowych i przemysłowych – 10%.

Transport, w zależności od stosowanego paliwa i rodzaju utleniaczy, emituje do atmosfery tlenki azotu, siarkę, tlenki i dwutlenki węgla, ołów i jego związki, sadzę, benzopiren (substancję z grupy wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, która jest silny czynnik rakotwórczy, który powoduje raka skóry).

Przemysł emituje do atmosfery dwutlenek siarki, tlenki i dwutlenek węgla, węglowodory, amoniak, siarkowodór, kwas siarkowy, fenol, chlor, fluor oraz inne związki i chemikalia. Jednak dominującą pozycję wśród emisji (do 85%) zajmuje pył.

W wyniku zanieczyszczeń zmienia się przezroczystość atmosfery, pojawiają się w niej aerozole, smog i kwaśne deszcze.

Aerozole to zdyspergowane układy składające się z cząstek stałych lub kropelek cieczy zawieszonych w medium gazowym. Wielkość cząstek fazy zdyspergowanej wynosi zwykle 10 -3 -10 -7 cm W zależności od składu fazy zdyspergowanej aerozole dzielą się na dwie grupy. Jednym z nich są aerozole składające się z cząstek stałych rozproszonych w środowisku gazowym, drugi - aerozole, które są mieszaniną fazy gazowej i ciekłej. Pierwsze nazywane są dymami, a drugie - mgłami. Ważną rolę w procesie ich powstawania odgrywają centra kondensacji. Jako jądra kondensacji działają popiół wulkaniczny, pył kosmiczny, produkty emisji przemysłowych, różne bakterie itp. Liczba możliwych źródeł jąder koncentracyjnych stale rośnie. Na przykład, gdy sucha trawa zostanie zniszczona przez ogień na powierzchni 4000 m2, powstaje średnio 11 * 10 22 jąder aerozolu.

Aerozole zaczęły powstawać od momentu pojawienia się naszej planety i wpłynęły na warunki naturalne. Jednak ich liczba i działanie, zrównoważone ogólnym obiegiem substancji w przyrodzie, nie spowodowały głębokich zmian ekologicznych. Antropogeniczne czynniki ich powstawania przesunęły tę równowagę w kierunku znacznych przeciążeń biosfery. Cecha ta jest szczególnie wyraźna, odkąd ludzkość zaczęła używać specjalnie stworzonych aerozoli zarówno w postaci substancji toksycznych, jak i do ochrony roślin.

Najbardziej niebezpieczne dla pokrywy roślinnej są aerozole dwutlenku siarki, fluorowodoru i azotu. W kontakcie z wilgotną powierzchnią liścia tworzą kwasy, które mają szkodliwy wpływ na organizmy żywe. Kwaśne mgiełki wraz z wdychanym powietrzem dostają się do narządów oddechowych zwierząt i ludzi, agresywnie wpływając na błony śluzowe. Niektóre z nich rozkładają żywą tkankę, a aerozole radioaktywne powodują raka. Wśród izotopów promieniotwórczych szczególne zagrożenie stanowi SG 90 nie tylko ze względu na swoją kancerogenność, ale także jako analog wapnia, zastępując go w kościach organizmów, powodując ich rozkład.

Podczas wybuchów jądrowych w atmosferze tworzą się radioaktywne chmury aerozolowe. Drobne cząstki o promieniu 1 – 10 mikronów wpadają nie tylko do górnych warstw troposfery, ale także do stratosfery, w której mogą długo przebywać. Chmury aerozolu powstają również podczas pracy reaktorów zakładów przemysłowych produkujących paliwo jądrowe, a także w wyniku awarii w elektrowniach jądrowych.

Smog to mieszanina aerozoli z ciekłymi i stałymi fazami rozproszonymi, które tworzą mglistą kurtynę nad terenami przemysłowymi i dużymi miastami.

Istnieją trzy rodzaje smogu: lodowy, mokry i suchy. Lodowy smog nazywa się Alaskan. Jest to połączenie zanieczyszczeń gazowych z dodatkiem cząstek pyłu i kryształków lodu, które powstają podczas zamarzania kropel mgły i pary z systemów grzewczych.

Mokry smog, czyli smog typu londyńskiego, bywa nazywany smogiem zimowym. Jest to mieszanina zanieczyszczeń gazowych (głównie dwutlenku siarki), cząstek pyłu oraz kropel mgły. Warunkiem meteorologicznym pojawienia się zimowego smogu jest spokojna pogoda, w której warstwa ciepłego powietrza znajduje się nad powierzchniową warstwą zimnego powietrza (poniżej 700 m). Jednocześnie brak jest nie tylko wymiany poziomej, ale także pionowej. Zanieczyszczenia, które są zwykle rozproszone w wysokich warstwach, w tym przypadku gromadzą się w warstwie powierzchniowej.

Suchy smog występuje latem i jest często określany jako smog typu LA. Jest to mieszanina ozonu, tlenku węgla, tlenków azotu i kwaśnych par. Taki smog powstaje w wyniku rozkładu zanieczyszczeń pod wpływem promieniowania słonecznego, zwłaszcza jego części nadfioletowej. Warunkiem meteorologicznym jest inwersja atmosfery, która wyraża się pojawieniem się warstwy zimnego powietrza nad ciepłym. Gazy i cząstki stałe, zwykle unoszone przez prądy ciepłego powietrza, są następnie rozpraszane w górnych zimnych warstwach, ale w tym przypadku gromadzą się w warstwie inwersyjnej. W procesie fotolizy powstające podczas spalania paliwa w silnikach samochodowych dwutlenki azotu rozkładają się:

NO2 → NIE + O

Następnie następuje synteza ozonu:

O + O 2 + M → O 3 + M

NIE + O → NIE 2

Procesom fotodysocjacji towarzyszy żółto-zielona poświata.

Dodatkowo zachodzą reakcje typu: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, czyli powstaje mocny kwas siarkowy.

Wraz ze zmianą warunków meteorologicznych (pojawienie się wiatru lub zmiana wilgotności) zimne powietrze rozprasza się i znika smog.

Obecność kancerogenów w smogu prowadzi do niewydolności oddechowej, podrażnienia błon śluzowych, zaburzeń krążenia, uduszenia astmatycznego, a często śmierci. Smog jest szczególnie niebezpieczny dla małych dzieci.

Kwaśne deszcze to opady atmosferyczne zakwaszone przemysłowymi emisjami tlenków siarki, tlenków azotu oraz rozpuszczonych w nich par kwasu nadchlorowego i chloru. W procesie spalania węgla i gazu większość zawartej w nim siarki, zarówno w postaci tlenkowej, jak i w związkach z żelazem, w szczególności w pirycie, pirotytu, chalkopirytie itp. zamienia się w tlenek siarki, który wraz z węglem dwutlenek jest uwalniany do atmosfery. W połączeniu azotu atmosferycznego i emisji technicznych z tlenem powstają różne tlenki azotu, a ilość powstających tlenków azotu zależy od temperatury spalania. Najwięcej tlenków azotu występuje podczas eksploatacji pojazdów i lokomotyw spalinowych, mniejsza część występuje w energetyce i przedsiębiorstwach przemysłowych. Tlenki siarki i azotu są głównymi substancjami kwasotwórczymi. Podczas reakcji z tlenem atmosferycznym i zawartą w nim parą wodną powstają kwasy siarkowy i azotowy.

Wiadomo, że równowagę kwasowo-zasadową pożywki określa wartość pH. Środowisko neutralne ma wartość pH 7, środowisko kwaśne ma wartość pH 0, a środowisko zasadowe ma wartość pH 14. W epoce nowożytnej wartość pH wody deszczowej wynosi 5,6, chociaż w niedawnej przeszłości był neutralny. Spadek wartości pH o jeden odpowiada dziesięciokrotnemu wzrostowi kwasowości i dlatego obecnie prawie wszędzie padają deszcze o podwyższonej kwasowości. Maksymalna kwasowość opadów odnotowana w Europie Zachodniej wynosiła 4-3,5 pH. Należy wziąć pod uwagę, że wartość pH równa 4-4,5 jest śmiertelna dla większości ryb.

Kwaśne deszcze mają agresywny wpływ na szatę roślinną Ziemi, budynki przemysłowe i mieszkalne oraz przyczyniają się do znacznego przyspieszenia wietrzenia odsłoniętych skał. Wzrost kwasowości uniemożliwia samoregulację neutralizacji gleb, w których rozpuszczają się składniki odżywcze. To z kolei prowadzi do gwałtownego spadku plonów i powoduje degradację szaty roślinnej. Zakwaszenie gleby przyczynia się do uwalniania ciężkich, które są w stanie związanym, które są stopniowo wchłaniane przez rośliny, powodując w nich poważne uszkodzenia tkanek i wnikając do łańcucha pokarmowego człowieka.

Zmiana potencjału zasadowo-kwasowego wód morskich, zwłaszcza w wodach płytkich, prowadzi do zaprzestania rozmnażania wielu bezkręgowców, powoduje śmierć ryb i zaburza równowagę ekologiczną w oceanach.

W wyniku kwaśnych deszczy lasy Europy Zachodniej, krajów bałtyckich, Karelii, Uralu, Syberii i Kanady są zagrożone śmiercią.

Rola atmosfery w życiu Ziemi

Atmosfera jest źródłem tlenu, którym oddychają ludzie. Jednak wraz ze wznoszeniem się na wysokość całkowite ciśnienie atmosferyczne spada, co skutkuje spadkiem ciśnienia parcjalnego tlenu.

Płuca człowieka zawierają około trzech litrów powietrza pęcherzykowego. Jeśli ciśnienie atmosferyczne jest normalne, to ciśnienie cząstkowe tlenu w powietrzu pęcherzykowym wyniesie 11 mm Hg. Art., ciśnienie dwutlenku węgla - 40 mm Hg. Art., a para wodna - 47 mm Hg. Sztuka. Wraz ze wzrostem wysokości ciśnienie tlenu spada, a ciśnienie pary wodnej i dwutlenku węgla w płucach pozostanie stałe - około 87 mm Hg. Sztuka. Gdy ciśnienie powietrza zrówna się z tą wartością, tlen przestanie napływać do płuc.

Ze względu na spadek ciśnienia atmosferycznego na wysokości 20 km zagotuje się tutaj woda i płyn śródmiąższowy w ludzkim ciele. Jeśli nie użyjesz kabiny ciśnieniowej, na takiej wysokości osoba umrze niemal natychmiast. Dlatego z punktu widzenia cech fizjologicznych ludzkiego ciała „przestrzeń” pochodzi z wysokości 20 km nad poziomem morza.

Rola atmosfery w życiu Ziemi jest bardzo duża. Na przykład dzięki gęstym warstwom powietrza - troposferze i stratosferze, ludzie są chronieni przed promieniowaniem. W kosmosie, w rozrzedzonym powietrzu, na wysokości ponad 36 km, działa promieniowanie jonizujące. Na wysokości ponad 40 km - ultrafiolet.

Podczas wznoszenia się ponad powierzchnię Ziemi na wysokość ponad 90-100 km nastąpi stopniowe osłabienie, a następnie całkowity zanik znanych człowiekowi zjawisk, obserwowanych w dolnej warstwie atmosfery:

Dźwięk nie rozchodzi się.

Nie ma siły aerodynamicznej i oporu.

Ciepło nie jest przekazywane przez konwekcję itp.

Warstwa atmosfery chroni Ziemię i wszystkie żywe organizmy przed promieniowaniem kosmicznym, od meteorytów, odpowiada za regulację sezonowych wahań temperatury, równoważenie i wyrównywanie dobowych. W przypadku braku atmosfery na Ziemi dzienna temperatura wahałaby się w granicach +/-200С˚. Warstwa atmosfery jest życiodajnym „buforem” między powierzchnią Ziemi a przestrzenią kosmiczną, nośnikiem wilgoci i ciepła, w atmosferze zachodzą procesy fotosyntezy i wymiany energii – najważniejsze procesy biosfery.

Warstwy atmosfery w kolejności od powierzchni Ziemi

Atmosfera jest strukturą warstwową, czyli następującymi warstwami atmosfery w kolejności od powierzchni Ziemi:

Troposfera.

Stratosfera.

Mezosfera.

Termosfera.

Egzosfera

Każda warstwa nie ma między sobą ostrych granic, a na ich wysokość mają wpływ szerokość geograficzna i pory roku. Ta warstwowa struktura powstała w wyniku zmian temperatury na różnych wysokościach. To dzięki atmosferze widzimy migoczące gwiazdy.

Struktura atmosfery ziemskiej według warstw:

Z czego zbudowana jest atmosfera ziemska?

Każda warstwa atmosfery różni się temperaturą, gęstością i składem. Całkowita grubość atmosfery wynosi 1,5-2,0 tys. km. Z czego zbudowana jest atmosfera ziemska? Obecnie jest to mieszanina gazów z różnymi zanieczyszczeniami.

Troposfera

Struktura atmosfery ziemskiej zaczyna się od troposfery, która jest dolną częścią atmosfery o wysokości około 10-15 km. To tam koncentruje się większość powietrza atmosferycznego. Charakterystyczną cechą troposfery jest spadek temperatury o 0,6 ˚C przy wznoszeniu się na każde 100 metrów. Troposfera skoncentrowała w sobie prawie całą parę wodną z atmosfery, tu też tworzą się chmury.

Wysokość troposfery zmienia się codziennie. Ponadto jego średnia wartość zmienia się w zależności od szerokości geograficznej i pory roku. Średnia wysokość troposfery nad biegunami wynosi 9 km, nad równikiem około 17 km. Średnia roczna temperatura powietrza nad równikiem jest bliska +26˚C, a nad biegunem północnym -23˚C. Górna linia granicy troposfery nad równikiem to średnia roczna temperatura około -70˚C, a nad biegunem północnym latem -45˚C i zimą -65˚C. Zatem im wyższa wysokość, tym niższa temperatura. Promienie słoneczne swobodnie przechodzą przez troposferę ogrzewając powierzchnię Ziemi. Ciepło promieniowane przez słońce jest zatrzymywane przez dwutlenek węgla, metan i parę wodną.

Stratosfera

Nad warstwą troposfery znajduje się stratosfera o wysokości 50-55 km. Osobliwością tej warstwy jest wzrost temperatury wraz z wysokością. Pomiędzy troposferą a stratosferą znajduje się warstwa przejściowa zwana tropopauzą.

W przybliżeniu od wysokości 25 kilometrów temperatura warstwy stratosferycznej zaczyna rosnąć, a po osiągnięciu maksymalnej wysokości 50 km osiąga wartości od +10 do +30 ˚C.

W stratosferze jest bardzo mało pary wodnej. Czasami na wysokości około 25 km można spotkać dość cienkie chmury, które nazywane są „matką perłową”. W dzień nie są zauważalne, ale w nocy świecą dzięki oświetleniu słońca, które znajduje się poniżej horyzontu. Skład chmur z masy perłowej to przechłodzone kropelki wody. Stratosfera składa się głównie z ozonu.

Mezosfera

Wysokość warstwy mezosfery wynosi około 80 km. Tutaj w miarę wzrostu temperatury spada i na najwyższej granicy osiąga wartości kilkadziesiąt C˚ poniżej zera. W mezosferze można również zaobserwować chmury, które prawdopodobnie powstały z kryształków lodu. Chmury te nazywane są „srebrzystymi”. Mezosfera charakteryzuje się najniższą temperaturą w atmosferze: od -2 do -138 ˚C.

Termosfera

Ta warstwa atmosfery ma swoją nazwę ze względu na wysokie temperatury. Termosfera składa się z:

Jonosfera.

egzosfery.

Jonosfera charakteryzuje się rozrzedzonym powietrzem, którego każdy centymetr na wysokości 300 km składa się z 1 miliarda atomów i cząsteczek, a na wysokości 600 km - ponad 100 milionów.

Jonosfera charakteryzuje się również wysoką jonizacją powietrza. Jony te składają się z naładowanych atomów tlenu, naładowanych cząsteczek atomów azotu i wolnych elektronów.

Egzosfera

Od wysokości 800-1000 km zaczyna się warstwa egzosfery. Cząsteczki gazu, zwłaszcza lekkie, poruszają się tu z dużą prędkością, pokonując siłę grawitacji. Takie cząstki, ze względu na ich szybki ruch, wylatują z atmosfery w przestrzeń kosmiczną i rozpraszają się. Dlatego egzosfera nazywana jest sferą dyspersji. To głównie atomy wodoru, które unoszą się w kosmos, tworzą najwyższe warstwy egzosfery. Dzięki cząsteczkom w górnej atmosferze i cząsteczkom wiatru słonecznego możemy obserwować zorzę polarną.

Satelity i rakiety geofizyczne umożliwiły ustalenie obecności w górnej atmosferze pasa radiacyjnego planety, który składa się z naładowanych elektrycznie cząstek - elektronów i protonów.

Atmosfera(z greckiego atmos - para i spharia - kula) - obracająca się z nią powłoka powietrzna Ziemi. Rozwój atmosfery był ściśle związany z procesami geologicznymi i geochemicznymi zachodzącymi na naszej planecie, a także z działalnością organizmów żywych.

Dolna granica atmosfery pokrywa się z powierzchnią Ziemi, ponieważ powietrze wnika w najmniejsze pory w glebie i rozpuszcza się nawet w wodzie.

Górna granica na wysokości 2000-3000 km stopniowo przechodzi w przestrzeń kosmiczną.

Bogata w tlen atmosfera umożliwia życie na Ziemi. Tlen atmosferyczny jest wykorzystywany w procesie oddychania przez ludzi, zwierzęta i rośliny.

Gdyby nie było atmosfery, Ziemia byłaby tak cicha jak księżyc. W końcu dźwięk to wibracja cząsteczek powietrza. Niebieski kolor nieba tłumaczy się tym, że promienie słoneczne przechodzące przez atmosferę, jakby przez soczewkę, rozkładają się na kolory składowe. W tym przypadku najbardziej rozpraszają się promienie koloru niebieskiego i niebieskiego.

Atmosfera zatrzymuje większość promieniowania ultrafioletowego ze Słońca, które ma szkodliwy wpływ na organizmy żywe. Utrzymuje również ciepło na powierzchni Ziemi, zapobiegając ochładzaniu się naszej planety.

Struktura atmosfery

W atmosferze można wyróżnić kilka warstw różniących się gęstością i gęstością (rys. 1).

Troposfera

Troposfera- najniższa warstwa atmosfery, której grubość nad biegunami wynosi 8-10 km, w umiarkowanych szerokościach geograficznych - 10-12 km, a nad równikiem - 16-18 km.

Ryż. 1. Struktura atmosfery ziemskiej

Powietrze w troposferze ogrzewane jest z powierzchni ziemi, czyli z lądu i wody. Dlatego temperatura powietrza w tej warstwie spada wraz z wysokością średnio o 0,6°C na każde 100 m. Na górnej granicy troposfery osiąga -55°C. Jednocześnie w rejonie równika przy górnej granicy troposfery temperatura powietrza wynosi -70 °С, aw rejonie bieguna północnego -65 °С.

Około 80% masy atmosfery koncentruje się w troposferze, prawie cała para wodna jest zlokalizowana, występują burze, burze, chmury i opady atmosferyczne, występuje pionowy (konwekcja) i poziomy (wiatr) ruch powietrza.

Można powiedzieć, że pogoda kształtuje się głównie w troposferze.

Stratosfera

Stratosfera- warstwa atmosfery znajdująca się nad troposferą na wysokości od 8 do 50 km. Kolor nieba w tej warstwie wydaje się fioletowy, co tłumaczy się rozrzedzeniem powietrza, dzięki czemu promienie słoneczne prawie się nie rozpraszają.

Stratosfera zawiera 20% masy atmosfery. Powietrze w tej warstwie jest rozrzedzone, praktycznie nie ma pary wodnej, dlatego prawie nie powstają chmury i opady. Jednak w stratosferze obserwuje się stabilne prądy powietrza, których prędkość dochodzi do 300 km/h.

Ta warstwa jest skoncentrowana ozon(ekran ozonowy, ozonosfera), warstwa pochłaniająca promienie ultrafioletowe, zapobiegająca ich przechodzeniu na Ziemię, a tym samym chroniąca żywe organizmy na naszej planecie. Dzięki ozonowi temperatura powietrza na górnej granicy stratosfery mieści się w zakresie od -50 do 4-55 °C.

Pomiędzy mezosferą a stratosferą znajduje się strefa przejściowa - stratopauza.

Mezosfera

Mezosfera- warstwa atmosfery znajdująca się na wysokości 50-80 km. Gęstość powietrza jest tu 200 razy mniejsza niż na powierzchni Ziemi. Kolor nieba w mezosferze wydaje się czarny, gwiazdy widoczne są w ciągu dnia. Temperatura powietrza spada do -75 (-90)°С.

Na wysokości 80 km zaczyna się termosfera. Temperatura powietrza w tej warstwie gwałtownie wzrasta do wysokości 250 m, a następnie staje się stała: na wysokości 150 km osiąga 220-240°C; na wysokości 500-600 km przekracza 1500 °C.

W mezosferze i termosferze pod wpływem promieni kosmicznych cząsteczki gazu rozpadają się na naładowane (zjonizowane) cząsteczki atomów, dlatego ta część atmosfery nazywana jest jonosfera- warstwa bardzo rozrzedzonego powietrza, znajdująca się na wysokości od 50 do 1000 km, składająca się głównie ze zjonizowanych atomów tlenu, cząsteczek tlenku azotu i wolnych elektronów. Warstwa ta charakteryzuje się dużym naelektryzowaniem, a fale radiowe o długich i średnich częstotliwościach odbijają się od niej, jak od lustra.

W jonosferze powstają zorze polarne - poświata rozrzedzonych gazów pod wpływem naładowanych elektrycznie cząstek ulatujących ze Słońca - i obserwuje się ostre fluktuacje pola magnetycznego.

Egzosfera

Egzosfera- zewnętrzna warstwa atmosfery, położona powyżej 1000 km. Warstwa ta nazywana jest również sferą rozpraszającą, ponieważ cząsteczki gazu poruszają się tu z dużą prędkością i mogą być rozpraszane w przestrzeni kosmicznej.

Skład atmosfery

Atmosfera to mieszanina gazów składająca się z azotu (78,08%), tlenu (20,95%), dwutlenku węgla (0,03%), argonu (0,93%), niewielkiej ilości helu, neonu, ksenonu, kryptonu (0,01%), ozon i inne gazy, ale ich zawartość jest znikoma (tab. 1). Współczesny skład powietrza na Ziemi został ustalony ponad sto milionów lat temu, ale gwałtownie zwiększona działalność produkcyjna człowieka doprowadziła jednak do jego zmiany. Obecnie obserwuje się wzrost zawartości CO 2 o około 10-12%.

Gazy tworzące atmosferę pełnią różne role funkcjonalne. O głównym znaczeniu tych gazów decyduje jednak przede wszystkim fakt, że bardzo silnie pochłaniają energię promieniowania, a tym samym mają istotny wpływ na reżim temperaturowy powierzchni i atmosfery Ziemi.

Tabela 1. Skład chemiczny suchego powietrza atmosferycznego przy powierzchni ziemi

	Stężenie objętościowe. %	Masa cząsteczkowa, jednostki
Tlen
Dwutlenek węgla
Podtlenek azotu
	0 do 0,00001
Dwutlenek siarki	od 0 do 0,000007 latem; 0 do 0,000002 zimą
	Od 0 do 0.00002	46,0055/17,03061
Dwutlenek azogu
Tlenek węgla

Azot, najpowszechniejszy gaz w atmosferze, mało aktywny chemicznie.

Tlen, w przeciwieństwie do azotu, jest pierwiastkiem bardzo aktywnym chemicznie. Specyficzną funkcją tlenu jest utlenianie materii organicznej organizmów heterotroficznych, skał i niecałkowicie utlenionych gazów emitowanych do atmosfery przez wulkany. Bez tlenu nie byłoby rozkładu martwej materii organicznej.

Rola dwutlenku węgla w atmosferze jest wyjątkowo duża. Wnika do atmosfery w wyniku procesów spalania, oddychania organizmów żywych, rozkładu i jest przede wszystkim głównym budulcem do tworzenia materii organicznej podczas fotosyntezy. Ponadto duże znaczenie ma właściwość dwutlenku węgla do przepuszczania krótkofalowego promieniowania słonecznego i pochłaniania części termicznego promieniowania długofalowego, co spowoduje tzw. efekt cieplarniany, który zostanie omówiony poniżej.

Wpływ na procesy atmosferyczne, zwłaszcza na reżim termiczny stratosfery, ma również: ozon. Gaz ten pełni funkcję naturalnego pochłaniacza promieniowania słonecznego ultrafioletowego, a pochłanianie promieniowania słonecznego prowadzi do nagrzewania powietrza. Średnie miesięczne wartości całkowitej zawartości ozonu w atmosferze wahają się w zależności od szerokości geograficznej obszaru i pory roku w granicach 0,23-0,52 cm (jest to grubość warstwy ozonowej przy ciśnieniu gruntu i temperaturze). Następuje wzrost zawartości ozonu od równika do biegunów oraz roczna zmienność z minimum jesienią i maksimum wiosną.

Charakterystyczną właściwość atmosfery można nazwać faktem, że zawartość głównych gazów (azotu, tlenu, argonu) zmienia się nieznacznie wraz z wysokością: na wysokości 65 km w atmosferze zawartość azotu wynosi 86%, tlen - 19, argon - 0,91, na wysokości 95 km - azot 77, tlen - 21,3, argon - 0,82%. Stałość składu powietrza atmosferycznego w pionie i poziomie utrzymuje się poprzez jego mieszanie.

Oprócz gazów powietrze zawiera para wodna oraz cząstki stałe. Te ostatnie mogą mieć zarówno naturalne, jak i sztuczne (antropogeniczne) pochodzenie. Są to pyłki kwiatowe, drobne kryształki soli, kurz drogowy, zanieczyszczenia aerozolowe. Kiedy promienie słoneczne wpadają przez okno, można je zobaczyć gołym okiem.

Szczególnie dużo pyłów zawieszonych jest w powietrzu miast i dużych ośrodków przemysłowych, gdzie do aerozoli dodawane są emisje szkodliwych gazów i ich zanieczyszczeń powstających podczas spalania paliw.

Stężenie aerozoli w atmosferze decyduje o przezroczystości powietrza, co wpływa na promieniowanie słoneczne docierające do powierzchni Ziemi. Największymi aerozolami są jądra kondensacji (od łac. kondensacja- zagęszczanie, zagęszczanie) - przyczyniają się do przemiany pary wodnej w kropelki wody.

O wartości pary wodnej decyduje przede wszystkim fakt, że opóźnia ona długofalowe promieniowanie cieplne powierzchni ziemi; reprezentuje główne ogniwo dużych i małych cykli wilgotności; podnosi temperaturę powietrza podczas kondensacji łóżek wodnych.

Ilość pary wodnej w atmosferze zmienia się w czasie i przestrzeni. Stężenie pary wodnej przy powierzchni ziemi waha się więc od 3% w tropikach do 2-10 (15)% na Antarktydzie.

Średnia zawartość pary wodnej w pionowej kolumnie atmosfery w umiarkowanych szerokościach geograficznych wynosi około 1,6-1,7 cm (warstwa skroplonej pary wodnej będzie miała taką grubość). Informacje o parze wodnej w różnych warstwach atmosfery są sprzeczne. Założono np., że w zakresie wysokości od 20 do 30 km wilgotność właściwa silnie wzrasta wraz z wysokością. Jednak kolejne pomiary wskazują na większą suchość stratosfery. Najwyraźniej wilgotność właściwa w stratosferze w niewielkim stopniu zależy od wysokości i wynosi 2–4 mg/kg.

Zmienność zawartości pary wodnej w troposferze zależy od interakcji parowania, kondensacji i transportu poziomego. W wyniku kondensacji pary wodnej tworzą się chmury i występują opady w postaci deszczu, gradu i śniegu.

Procesy przemian fazowych wody zachodzą głównie w troposferze, dlatego stosunkowo rzadko obserwuje się chmury w stratosferze (na wysokości 20-30 km) i mezosferze (w pobliżu mezopauzy), zwane macicą perłową i srebrem , natomiast chmury troposferyczne często pokrywają około 50% całej powierzchni Ziemi.

Ilość pary wodnej, która może być zawarta w powietrzu, zależy od temperatury powietrza.

1 m 3 powietrza o temperaturze -20 ° C może zawierać nie więcej niż 1 g wody; w 0 °C - nie więcej niż 5 g; przy +10 °С - nie więcej niż 9 g; przy +30 °С - nie więcej niż 30 g wody.

Wniosek: Im wyższa temperatura powietrza, tym więcej pary wodnej może zawierać.

Powietrze może być bogaty oraz nie nasycony parowy. Tak więc, jeśli w temperaturze +30 ° C 1 m 3 powietrza zawiera 15 g pary wodnej, powietrze nie jest nasycone parą wodną; jeśli 30 g - nasycony.

Wilgotność bezwzględna- to ilość pary wodnej zawartej w 1 m 3 powietrza. Jest wyrażony w gramach. Na przykład, jeśli mówią „wilgotność bezwzględna 15”, oznacza to, że 1 ml zawiera 15 g pary wodnej.

Wilgotność względna- jest to stosunek (w procentach) rzeczywistej zawartości pary wodnej w 1 m 3 powietrza do ilości pary wodnej, jaka może być zawarta w 1 m L w danej temperaturze. Na przykład, jeśli radio podczas transmisji prognozy pogody podało, że wilgotność względna wynosi 70%, oznacza to, że powietrze zawiera 70% pary wodnej, którą może utrzymać w danej temperaturze.

Im większa wilgotność względna powietrza, t. im powietrze jest bliższe nasyceniu, tym bardziej prawdopodobne jest, że spadnie.

W strefie równikowej obserwuje się zawsze wysoką (do 90%) wilgotność względną, ponieważ przez cały rok panuje wysoka temperatura powietrza i następuje duże parowanie z powierzchni oceanów. Tak samo wysoka wilgotność względna występuje w rejonach polarnych, ale tylko dlatego, że w niskich temperaturach nawet niewielka ilość pary wodnej powoduje, że powietrze jest nasycone lub bliskie nasycenia. W umiarkowanych szerokościach geograficznych wilgotność względna zmienia się sezonowo - jest wyższa zimą i niższa latem.

Wilgotność względna powietrza jest szczególnie niska na pustyniach: 1 m 1 powietrza zawiera tam od dwóch do trzech razy mniej pary wodnej niż możliwa w danej temperaturze.

Do pomiaru wilgotności względnej stosuje się higrometr (od greckiego hygros - mokry i metreco - mierzę).

Po schłodzeniu, nasycone powietrze nie może zatrzymać w sobie takiej samej ilości pary wodnej, gęstnieje (kondensuje), zamieniając się w kropelki mgły. Mgła można zaobserwować latem w pogodną chłodną noc.

Chmury- to ta sama mgła, tyle że powstaje nie na powierzchni ziemi, ale na pewnej wysokości. Gdy powietrze unosi się, ochładza się, a zawarta w nim para wodna ulega kondensacji. Powstałe maleńkie kropelki wody tworzą chmury.

zaangażowany w tworzenie chmur cząstki stałe zawieszony w troposferze.

Chmury mogą mieć różny kształt, który zależy od warunków ich powstawania (tab. 14).

Najniższe i najcięższe chmury to stratus. Znajdują się na wysokości 2 km od powierzchni ziemi. Na wysokości od 2 do 8 km można zaobserwować bardziej malownicze cumulusy. Najwyższe i najlżejsze są chmury cirrus. Znajdują się na wysokości od 8 do 18 km nad powierzchnią ziemi.

rodziny	Rodzaje chmur	Wygląd zewnętrzny
A. Chmury górne - powyżej 6 km	I. Pierzaste	Nitkowaty, włóknisty, biały
	II. cirrocumulus	Warstwy i grzbiety drobnych płatków i loków, białe
	III. Cirrostratus	Przezroczysty białawy welon
B. Chmury warstwy środkowej - powyżej 2 km	IV. Altocumulus	Warstwy i grzbiety bieli i szarości
	V. Alostratyfikowany	Gładki welon o mlecznoszarym kolorze
B. Chmury dolne - do 2 km	VI. Nimbostratus	Solidna bezkształtna szara warstwa
	VII. Stratocumulus	Nieprzezroczyste warstwy i grzbiety szarości
	VIII. warstwowy	Podświetlany szary welon
D. Chmury rozwoju pionowego - od dolnej do górnej kondygnacji	IX. Cumulus	Kije i kopuły jasnobiałe, z podartymi krawędziami na wietrze
	X. Cumulonimbus	Potężne masy w kształcie cumulusów o ciemnym kolorze ołowiu

Ochrona atmosfery

Głównymi źródłami są przedsiębiorstwa przemysłowe i samochody. W dużych miastach problem zanieczyszczenia gazowego głównych szlaków komunikacyjnych jest bardzo dotkliwy. Dlatego w wielu dużych miastach świata, w tym w naszym kraju, wprowadzono kontrolę środowiskową toksyczności spalin samochodowych. Zdaniem ekspertów dym i kurz w powietrzu mogą zmniejszyć o połowę przepływ energii słonecznej do powierzchni ziemi, co doprowadzi do zmiany warunków naturalnych.