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 niższej 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 kilkudziesięciu 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.

Mezosfera

Położona nad stratosferą jest powłoką, w której do wysokości 80-85 km temperatura spada do minimum dla atmosfery jako całości. Rekordowo niskie temperatury do -110°C zarejestrowały rakiety meteorologiczne wystrzelone z amerykańsko-kanadyjskiej instalacji w Fort Churchill (Kanada). Górna granica mezosfery (mesopauza) w przybliżeniu pokrywa się z dolną granicą obszaru aktywnej absorpcji promieniowania rentgenowskiego i najkrótszego promieniowania ultrafioletowego Słońca, któremu towarzyszy ogrzewanie i jonizacja gazu.

W regionach polarnych latem w mezopauzie często pojawiają się systemy chmur, które zajmują duży obszar, ale mają niewielki rozwój pionowy. Takie chmury świecące w nocy często umożliwiają wykrycie falujących ruchów powietrza na dużą skalę w mezosferze. Skład tych chmur, źródła wilgoci i jąder kondensacji, dynamika i związek z czynnikami meteorologicznymi są wciąż niedostatecznie zbadane.

Termosfera

Jest to warstwa atmosfery, w której temperatura stale rośnie. Jego moc może osiągnąć 600 km. Ciśnienie, a co za tym idzie gęstość gazu, stale spada wraz z wysokością. W pobliżu powierzchni ziemi 1 m3 powietrza zawiera ok. 1 m3 powietrza. 2,5×1025 molekuł, na wysokości ok. 100 km, w niższych warstwach termosfery – ok. 1019, na wysokości 200 km, w jonosferze – 5×1015 i według obliczeń na wysokości ok. 100 km. 850 km - około 1012 cząsteczek. W przestrzeni międzyplanetarnej stężenie cząsteczek wynosi 108-109 na 1 m3.

Na wysokości ok. 100 km liczba cząsteczek jest niewielka i rzadko się ze sobą zderzają. Średnia odległość przebyta przez losowo poruszającą się cząsteczkę przed zderzeniem się z inną podobną cząsteczką nazywa się jej średnią swobodną drogą. Warstwa, w której wartość ta wzrasta na tyle, że można pominąć prawdopodobieństwo zderzeń międzycząsteczkowych lub międzyatomowych, znajduje się na granicy między termosferą a powłoką znajdującą się nad nią (egzosferą) i nazywana jest przerwą termiczną. Termopauza znajduje się około 650 km od powierzchni ziemi.

W określonej temperaturze prędkość ruchu cząsteczki zależy od jej masy: lżejsze cząsteczki poruszają się szybciej niż cięższe. W niższych warstwach atmosfery, gdzie droga swobodna jest bardzo krótka, nie ma zauważalnej separacji gazów według ich masy cząsteczkowej, ale wyraża się to powyżej 100 km. Ponadto pod wpływem promieniowania ultrafioletowego i rentgenowskiego ze Słońca cząsteczki tlenu rozpadają się na atomy, których masa stanowi połowę masy cząsteczki. Dlatego w miarę oddalania się od powierzchni Ziemi, tlen atomowy nabiera coraz większego znaczenia w składzie atmosfery i na wysokości ok. 5,5 km. Jego głównym elementem staje się 200 km. Wyżej, w odległości ok. 1200 km od powierzchni Ziemi, dominują gazy lekkie – hel i wodór. Stanowią zewnętrzną warstwę atmosfery. Ta separacja wagowa, nazywana separacją dyfuzyjną, przypomina separację mieszanin za pomocą wirówki.

Egzosfera

egzosfera nazywana zewnętrzną warstwą atmosfery, alokowaną na podstawie zmian temperatury i właściwości gazu obojętnego. Cząsteczki i atomy w egzosferze krążą wokół Ziemi po orbitach balistycznych pod wpływem grawitacji. Niektóre z tych orbit są paraboliczne i podobne do trajektorii pocisków. Cząsteczki mogą krążyć wokół Ziemi i po orbitach eliptycznych, jak satelity. Niektóre cząsteczki, głównie wodór i hel, mają otwarte trajektorie i wylatują w przestrzeń kosmiczną.

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 odlatujących 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 0.00002 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 dwa do trzech razy mniej niż ilość pary wodnej możliwa w danej temperaturze.

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

Po ochłodzeniu 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.

Mezosfera

Stratosfera

Nad troposferą znajduje się stratosfera (z greckiego „stratium” – posadzka, warstwa). Jego masa to 20% masy atmosfery.

Górna granica stratosfery znajduje się od powierzchni Ziemi na wysokości:

W tropikalnych szerokościach geograficznych (równik) 50 - 55 km.:

W umiarkowanych szerokościach geograficznych do 50 km;

Na szerokościach polarnych (biegunach) 40 - 50 km.

W stratosferze powietrze nagrzewa się wraz ze wzrostem, podczas gdy temperatura powietrza wzrasta wraz z wysokością średnio o 1–2 stopnie na 1 km. wzrasta i osiąga do +50 0 C w górnej granicy.

Wzrost temperatury wraz z wysokością wynika głównie z działania ozonu, który pochłania ultrafioletową część promieniowania słonecznego. Na wysokości 20-25 km od powierzchni Ziemi znajduje się bardzo cienka (tylko kilka centymetrów) warstwa ozonowa.

Stratosfera jest bardzo uboga w parę wodną, ​​nie ma tu opadów, choć czasami na wysokości 30 km. tworzą się chmury.

Na podstawie obserwacji w stratosferze ustalono turbulencje i silne wiatry wiejące w różnych kierunkach. Podobnie jak w troposferze, odnotowuje się silne wiry powietrzne, które są szczególnie niebezpieczne dla szybkich samolotów.

silne wiatry zwane strumienie odrzutowe wieją w wąskich strefach wzdłuż granic umiarkowanych szerokości geograficznych zwróconych w stronę biegunów. Strefy te mogą się jednak przesuwać, znikać i pojawiać ponownie. Strumienie strumieniowe zwykle penetrują tropopauzę i pojawiają się w górnej troposferze, ale ich prędkość gwałtownie spada wraz ze spadkiem wysokości.

Możliwe, że część energii wchodzącej do stratosfery (głównie wydatkowana na tworzenie się ozonu) jest związana z frontami atmosferycznymi, gdzie rozległe przepływy powietrza stratosferycznego zostały zarejestrowane znacznie poniżej tropopauzy, a powietrze troposferyczne jest wciągane do niższych warstw stratosfery .

Nad stratopauzą znajduje się mezosfera (z greckiego „mesos” – środek).

Górna granica mezosfery znajduje się na wysokości od powierzchni Ziemi:

W tropikalnych szerokościach geograficznych (równik) 80 - 85 km;

W umiarkowanych szerokościach geograficznych do 80 km;

W szerokościach polarnych (biegunach) 70 - 80 km.

W mezosferze temperatura na jej górnej granicy spada do -60 0 C - 1000 0 C.

W regionach polarnych latem w mezopauzie często pojawiają się systemy chmur, które zajmują duży obszar, ale mają niewielki rozwój pionowy. Takie chmury świecące w nocy często umożliwiają wykrycie falujących ruchów powietrza na dużą skalę w mezosferze. Skład tych chmur, źródła wilgoci i jąder kondensacji, dynamika i związek z czynnikami meteorologicznymi są wciąż niedostatecznie zbadane.

Nad mezopauzą znajduje się termosfera (z greckiego „termos” – ciepła).

Górna granica termosfery znajduje się na wysokości od powierzchni Ziemi:

W tropikalnych szerokościach geograficznych (równik) do 800 km;

W umiarkowanych szerokościach geograficznych do 700 km;

W szerokościach polarnych (biegunach) do 650 km.

W termosferze temperatura ponownie wzrasta, osiągając 2000 0 C w górnych warstwach.

Należy zauważyć, że wysokości 400 - 500 km. i powyżej, temperatury powietrza nie można określić żadną ze znanych metod, ze względu na ekstremalne rozrzedzenie atmosfery. Temperaturę powietrza na takich wysokościach należy oceniać na podstawie energii cząstek gazu poruszających się w strumieniach gazu.

Wzrost temperatury powietrza w termosferze związany jest z pochłanianiem promieniowania ultrafioletowego oraz powstawaniem jonów i elektronów w atomach i cząsteczkach gazów zawartych w atmosferze.

W termosferze ciśnienie, a co za tym idzie, gęstość gazu stopniowo maleje wraz z wysokością. W pobliżu powierzchni ziemi w 1 m 3. powietrze zawiera około 2,5x10 25 cząsteczek, na wysokości około 100 km w dolnych warstwach termosfery 1 m 3 powietrza zawiera około 2,5x10 25 cząsteczek. Na wysokości 200 km., W jonosferze na 1 m 3. powietrze zawiera 5x10 15 cząsteczek. Na wysokości około 850 km. w 1m. powietrze zawiera 10-12 cząsteczek. W przestrzeni międzyplanetarnej stężenie cząsteczek wynosi 10 8 - 10 9 na 1 m 3 . Na wysokości około 100 km. liczba cząsteczek jest niewielka, ale rzadko zderzają się ze sobą. Średnia odległość przebyta przez chaotycznie poruszającą się cząsteczkę przed zderzeniem się z inną podobną cząsteczką nazywa się jej średnią swobodną drogą.

W określonej temperaturze prędkość ruchu cząsteczki zależy od jej masy: lżejsze cząsteczki poruszają się szybciej niż cięższe. W niższych warstwach atmosfery, gdzie droga swobodna jest bardzo krótka, nie ma zauważalnej separacji gazów według ich masy cząsteczkowej, ale wyraża się to powyżej 100 km. Ponadto pod wpływem promieniowania ultrafioletowego i rentgenowskiego ze Słońca cząsteczki tlenu rozpadają się na atomy, których masa stanowi połowę masy cząsteczki. Dlatego w miarę oddalania się od powierzchni Ziemi tlen atmosferyczny nabiera coraz większego znaczenia w składzie atmosfery na wysokości około 200 km. staje się głównym składnikiem.

Powyżej w odległości ok. 1200 km. Lekkie gazy, hel i wodór, dominują na powierzchni Ziemi. Stanowią zewnętrzną warstwę atmosfery.

Ta ekspansja wagowa nazywana jest ekspansją rozproszoną, przypominającą rozdzielanie mieszanin za pomocą wirówki.

Troposfera

Jego górna granica znajduje się na wysokości 8-10 km w polarnych, 10-12 km w umiarkowanych i 16-18 km w tropikalnych szerokościach geograficznych; niższa zimą niż latem. Dolna, główna warstwa atmosfery zawiera ponad 80% całkowitej masy powietrza atmosferycznego i około 90% całej pary wodnej znajdującej się w atmosferze. W troposferze turbulencje i konwekcja są silnie rozwinięte, pojawiają się chmury, rozwijają się cyklony i antycyklony. Temperatura spada wraz z wysokością ze średnim nachyleniem pionowym 0,65°/100 m

tropopauza

Warstwa przejściowa od troposfery do stratosfery, warstwa atmosfery, w której zatrzymuje się spadek temperatury wraz z wysokością.

Stratosfera

Warstwa atmosfery znajdująca się 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.

Stratopauza

Warstwa graniczna atmosfery między stratosferą a mezosferą. W pionowym rozkładzie temperatury występuje maksimum (około 0°C).

Mezosfera

Mezosfera zaczyna się na wysokości 50 km i rozciąga się na 80-90 km. Temperatura spada wraz z wysokością ze średnim pionowym gradientem (0,25-0,3)°/100 m. Głównym procesem energetycznym jest promieniowanie ciepła. Złożone procesy fotochemiczne, w których biorą udział wolne rodniki, wzbudzone wibracjami cząsteczki itp., powodują luminescencję atmosfery.

mezopauza

Warstwa przejściowa między mezosferą a termosferą. W pionowym rozkładzie temperatury występuje minimum (około -90°C).

Linia Karmana

Wysokość nad poziomem morza, która jest umownie uznawana za granicę między atmosferą ziemską a przestrzenią. Linia Karmana znajduje się na wysokości 100 km nad poziomem morza.

Granica atmosfery Ziemi

Termosfera

Górna granica to około 800 km. Temperatura wzrasta do wysokości 200-300 km, gdzie osiąga wartości rzędu 1500 K, po czym pozostaje prawie stała do dużych wysokości. Pod wpływem ultrafioletowego i rentgenowskiego promieniowania słonecznego oraz promieniowania kosmicznego powietrze ulega jonizacji („światło polarne”) – główne obszary jonosfery leżą wewnątrz termosfery. Na wysokościach powyżej 300 km dominuje tlen atomowy. Górna granica termosfery jest w dużej mierze zdeterminowana obecną aktywnością Słońca. W okresach małej aktywności zauważalny jest spadek wielkości tej warstwy.

Termopauza

Region atmosfery nad termosferą. W tym regionie absorpcja promieniowania słonecznego jest nieznaczna, a temperatura w rzeczywistości nie zmienia się wraz z wysokością.

Egzosfera (sfera rozpraszająca)

Warstwy atmosferyczne do wysokości 120 km

Egzosfera - strefa rozpraszania, zewnętrzna część termosfery, położona powyżej 700 km. Gaz w egzosferze jest bardzo rozrzedzony, stąd jego cząsteczki przedostają się do przestrzeni międzyplanetarnej (dyssypacja).

Do wysokości 100 km atmosfera jest jednorodną, ​​dobrze wymieszaną mieszaniną gazów. W wyższych warstwach rozkład gazów na wysokość zależy od ich mas cząsteczkowych, stężenie cięższych gazów maleje szybciej wraz z odległością od powierzchni Ziemi. Ze względu na spadek gęstości gazu temperatura spada od 0 °C w stratosferze do -110°C w mezosferze. Jednak energia kinetyczna poszczególnych cząstek na wysokości 200–250 km odpowiada temperaturze ~150 °C. Powyżej 200 km obserwuje się znaczne wahania temperatury i gęstości gazu w czasie i przestrzeni.

Na wysokości około 2000-3500 km egzosfera stopniowo przechodzi w tak zwaną próżnię bliskiej przestrzeni, która jest wypełniona bardzo rozrzedzonymi cząsteczkami gazu międzyplanetarnego, głównie atomami wodoru. Ale ten gaz to tylko część materii międzyplanetarnej. Druga część składa się z pyłopodobnych cząstek pochodzenia kometarnego i meteorytowego. Oprócz niezwykle rozrzedzonych cząstek pyłopodobnych w tę przestrzeń przenika promieniowanie elektromagnetyczne i korpuskularne pochodzenia słonecznego i galaktycznego.

Troposfera odpowiada za około 80% masy atmosfery, stratosfera za około 20%; masa mezosfery nie przekracza 0,3%, termosfera jest mniejsza niż 0,05% całkowitej masy atmosfery. Na podstawie właściwości elektrycznych w atmosferze rozróżnia się neutrosferę i jonosferę. Obecnie uważa się, że atmosfera rozciąga się na wysokość 2000-3000 km.

W zależności od składu gazu w atmosferze rozróżnia się homosferę i heterosferę. Heterosfera to obszar, w którym grawitacja ma wpływ na separację gazów, ponieważ ich mieszanie na takiej wysokości jest znikome. Stąd wynika zmienny skład heterosfery. Poniżej znajduje się dobrze wymieszana, jednorodna część atmosfery, zwana homosferą. Granica między tymi warstwami nazywana jest turbopauzą i leży na wysokości około 120 km.