- jordklotets luftskal, som roterar tillsammans med jorden. Atmosfärens övre gräns dras konventionellt på höjder av 150-200 km. Den nedre gränsen är jordens yta.
Atmosfärisk luft är en blandning av gaser. Det mesta av dess volym i luftens ytskikt står för kväve (78 %) och syre (21 %). Dessutom innehåller luften inerta gaser (argon, helium, neon etc.), koldioxid (0,03), vattenånga och olika fasta partiklar (damm, sot, saltkristaller).
Luften är färglös, och himlens färg förklaras av egenskaperna hos spridningen av ljusvågor.
Atmosfären består av flera lager: troposfären, stratosfären, mesosfären och termosfären.
Det nedre marklagret av luft kallas troposfär. På olika breddgrader dess kraft är inte densamma. Troposfären följer planetens form och deltar tillsammans med jorden i axiell rotation. Vid ekvatorn varierar atmosfärens tjocklek från 10 till 20 km. Vid ekvatorn är den större, och vid polerna är den mindre. Troposfären kännetecknas av maximal luftdensitet 4/5 av massan av hela atmosfären är koncentrerad i den. Troposfären bestämmer väderförhållanden: Här bildas olika luftmassor, moln och nederbörd bildas, intensiva horisontella och vertikala luftrörelser förekommer.
Ovanför troposfären, upp till en höjd av 50 km, ligger stratosfär. Den kännetecknas av lägre luftdensitet och saknar vattenånga. I den nedre delen av stratosfären på ca 25 km höjder. det finns en "ozonskärm" - ett lager av atmosfären med en hög koncentration av ozon, som absorberar ultraviolett strålning, som är dödlig för organismer.
På en höjd av 50 till 80-90 km sträcker den sig mesosfären. Med ökande höjd minskar temperaturen med en genomsnittlig vertikal gradient på (0,25-0,3)°/100 m, och luftdensiteten minskar. Den huvudsakliga energiprocessen är strålningsvärmeöverföring. Atmosfärens glöd orsakas av komplexa fotokemiska processer som involverar radikaler och vibrationellt exciterade molekyler.
Termosfär ligger på en höjd av 80-90 till 800 km. Luftdensiteten här är minimal, och graden av luftjonisering är mycket hög. Temperaturen ändras beroende på solens aktivitet. På grund av ett stort antal laddade partiklar observeras här norrsken och magnetiska stormar.
Atmosfären har stor betydelse för jordens natur. Utan syre kan levande organismer inte andas. Dess ozonskikt skyddar allt levande från skadliga ultravioletta strålar. Atmosfären jämnar ut temperaturfluktuationer: jordens yta blir inte underkyld på natten och överhettas inte under dagen. I täta lager atmosfärisk luft Innan de når planetens yta brinner meteoriter upp från törnen.
Atmosfären samverkar med jordens alla lager. Med dess hjälp utbyts värme och fukt mellan hav och land. Utan atmosfären skulle det inte finnas några moln, nederbörd eller vindar.
Mänsklig ekonomisk verksamhet har en betydande negativ inverkan på atmosfären. Atmosfärisk luftförorening uppstår, vilket leder till en ökning av koncentrationen av kolmonoxid (CO 2). Och detta bidrar global uppvärmning klimat och förbättrar" växthuseffekt" Jordens ozonskikt förstörs på grund av industriavfall och transporter.
Atmosfären behöver skydd. I utvecklade länder genomförs en rad åtgärder för att skydda atmosfärisk luft från föroreningar.
Har du fortfarande frågor? Vill du veta mer om atmosfären?
För att få hjälp av en handledare, registrera dig.
webbplats, vid kopiering av material helt eller delvis krävs en länk till originalkällan.
Atmosfär (från antikens grekiska ἀτμός - ånga och σφαῖρα - boll) är ett gasskal (geosfär) som omger planeten Jorden. Dess inre yta täcker hydrosfären och delvis jordskorpan, den yttre gränsar till den jordnära delen av yttre rymden.
Den uppsättning grenar av fysik och kemi som studerar atmosfären brukar kallas atmosfärsfysik. Atmosfären bestämmer vädret på jordens yta, meteorologi studerar väder och klimatologi behandlar långsiktiga klimatvariationer.
Fysiska egenskaper
Atmosfärens tjocklek är cirka 120 km från jordens yta. Den totala luftmassan i atmosfären är (5,1-5,3) 1018 kg. Av dessa är massan av torr luft (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, den totala massan av vattenånga är i genomsnitt 1,27 1016 kg.
Den molära massan av ren torr luft är 28,966 g/mol, och luftens densitet vid havsytan är cirka 1,2 kg/m3. Trycket vid 0 °C vid havsnivån är 101,325 kPa; kritisk temperatur - -140,7 °C (~132,4 K); kritiskt tryck - 3,7 MPa; Cp vid 0°C - 1,0048·103 J/(kg·K), Cv - 0,7159·103 J/(kg·K) (vid 0°C). Löslighet av luft i vatten (i massa) vid 0 °C - 0,0036 %, vid 25 °C - 0,0023 %.
Följande accepteras som "normala förhållanden" på jordens yta: densitet 1,2 kg/m3, barometertryck 101,35 kPa, temperatur plus 20 °C och relativ luftfuktighet 50 %. Dessa villkorade indikatorer har rent teknisk betydelse.
Kemisk sammansättning
Jordens atmosfär uppstod som ett resultat av utsläpp av gaser under vulkanutbrott. Med tillkomsten av haven och biosfären bildades den på grund av gasutbyte med vatten, växter, djur och produkterna av deras nedbrytning i jordar och träsk.
För närvarande består jordens atmosfär huvudsakligen av gaser och olika föroreningar (damm, vattendroppar, iskristaller, havssalter, förbränningsprodukter).
Koncentrationen av gaser som utgör atmosfären är nästan konstant, med undantag för vatten (H2O) och koldioxid (CO2).
Sammansättning av torr luft
| Kväve | ||
| Syre | ||
| Argon | ||
| Vatten | ||
| Koldioxid | ||
| Neon | ||
| Helium | ||
| Metan | ||
| Krypton | ||
| Väte | ||
| Xenon | ||
| Lustgas |
Utöver de gaser som anges i tabellen innehåller atmosfären SO2, NH3, CO, ozon, kolväten, HCl, HF, Hg ånga, I2, samt NO och många andra gaser i små mängder. Troposfären innehåller ständigt en stor mängd suspenderade fasta och flytande partiklar (aerosol).
Atmosfärens struktur
Troposfär
Dess övre gräns är på en höjd av 8-10 km i polar, 10-12 km i tempererade och 16-18 km i tropiska breddgrader; lägre på vintern än på sommaren. Atmosfärens nedre huvudskikt innehåller mer än 80 % av den totala massan av atmosfärisk luft och cirka 90 % av all vattenånga som finns i atmosfären. Turbulens och konvektion är högt utvecklad i troposfären, moln uppstår och cykloner och anticykloner utvecklas. Temperaturen minskar med ökande höjd med en genomsnittlig vertikal gradient på 0,65°/100 m
Tropopaus
Övergångsskiktet från troposfären till stratosfären, ett skikt av atmosfären där temperaturminskningen med höjden upphör.
Stratosfär
Ett lager av atmosfären som ligger på en höjd av 11 till 50 km. Kännetecknas av en liten temperaturförändring i 11-25 km skiktet (det nedre skiktet av stratosfären) och en ökning av temperaturen i 25-40 km skiktet från -56,5 till 0,8 ° C (övre skiktet av stratosfären eller inversionsregionen) . Efter att ha nått ett värde av cirka 273 K (nästan 0 °C) på en höjd av cirka 40 km, förblir temperaturen konstant upp till en höjd av cirka 55 km. Denna region med konstant temperatur kallas stratopaus och är gränsen mellan stratosfären och mesosfären.
Stratopaus
Atmosfärens gränsskikt mellan stratosfären och mesosfären. I den vertikala temperaturfördelningen finns ett maximum (ca 0 °C).
Mesosfären
Mesosfären börjar på en höjd av 50 km och sträcker sig till 80-90 km. Temperaturen minskar med höjden med en genomsnittlig vertikal gradient på (0,25-0,3)°/100 m. Den huvudsakliga energiprocessen är strålningsvärmeöverföring. Komplex fotokemiska processer med deltagande av fria radikaler, vibrationellt exciterade molekyler etc. orsakar atmosfärens glöd.
Mesopause
Övergångsskikt mellan mesosfären och termosfären. Det finns ett minimum i den vertikala temperaturfördelningen (ca -90 °C).
Karman Line
Höjden över havet, som är konventionellt accepterad som gränsen mellan jordens atmosfär och rymden. Enligt FAI-definitionen ligger Karmanlinjen på en höjd av 100 km över havet.
Gräns för jordens atmosfär
Termosfär
Den övre gränsen är ca 800 km. Temperaturen stiger till höjder på 200-300 km, där den når värden i storleksordningen 1500 K, varefter den förblir nästan konstant till höga höjder. Under påverkan av ultraviolett och röntgensolstrålning och kosmisk strålning sker jonisering av luften ("auroras") - jonosfärens huvudregioner ligger inuti termosfären. På höjder över 300 km dominerar atomärt syre. Termosfärens övre gräns bestäms till stor del av solens nuvarande aktivitet. Under perioder med låg aktivitet - till exempel 2008-2009 - finns en märkbar minskning av storleken på detta lager.
Termopaus
Området i atmosfären som gränsar till termosfären. I denna region är absorptionen av solstrålning försumbar och temperaturen förändras faktiskt inte med höjden.
Exosfär (spridningssfär)
Exosfären är en spridningszon, den yttre delen av termosfären, belägen över 700 km. Gasen i exosfären är mycket sällsynt, och härifrån läcker dess partiklar in i det interplanetära rummet (förlust).
Upp till en höjd av 100 km är atmosfären en homogen, välblandad blandning av gaser. I mer höga lager fördelningen av gaser i höjd beror på deras molekylvikter, minskar koncentrationen av tyngre gaser snabbare med avståndet från jordens yta. På grund av minskningen av gasdensiteten sjunker temperaturen från 0 °C i stratosfären till −110 °C i mesosfären. Dock kinetisk energi enskilda partiklar på höjder av 200-250 km motsvarar en temperatur på ~150 °C. Över 200 km observeras betydande fluktuationer i temperatur och gasdensitet i tid och rum.
På en höjd av cirka 2000-3500 km övergår exosfären gradvis till det så kallade rumsnära vakuumet, som är fyllt med mycket förtärnade partiklar av interplanetär gas, främst väteatomer. Men denna gas representerar bara en del av den interplanetära materien. Den andra delen består av dammpartiklar av kometärt och meteoriskt ursprung. Förutom extremt sällsynta dammpartiklar tränger elektromagnetisk och korpuskulär strålning av sol- och galaktiskt ursprung in i detta utrymme.
Troposfären står för cirka 80% av atmosfärens massa, stratosfären - cirka 20%; massan av mesosfären är inte mer än 0,3%, termosfären är mindre än 0,05% av den totala massan av atmosfären. Baserat på de elektriska egenskaperna i atmosfären särskiljs neutronosfären och jonosfären. Man tror för närvarande att atmosfären sträcker sig till en höjd av 2000-3000 km.
Beroende på sammansättningen av gasen i atmosfären särskiljs homosfär och heterosfär. Heterosfären är ett område där gravitationen påverkar separationen av gaser, eftersom deras blandning på en sådan höjd är försumbar. Detta innebär en varierande sammansättning av heterosfären. Under den ligger en välblandad, homogen del av atmosfären som kallas homosfären. Gränsen mellan dessa skikt kallas turbopaus den ligger på en höjd av cirka 120 km.
Andra egenskaper hos atmosfären och effekter på människokroppen
Redan på en höjd av 5 km över havet börjar en otränad person uppleva syresvält och utan anpassning minskar en persons prestation avsevärt. Atmosfärens fysiologiska zon slutar här. Människans andning blir omöjlig på en höjd av 9 km, även om atmosfären upp till cirka 115 km innehåller syre.
Atmosfären förser oss med det syre som behövs för att andas. Men på grund av minskningen av det totala trycket i atmosfären när du stiger till höjden, minskar partialtrycket av syre i enlighet därmed.
Människans lungor innehåller ständigt cirka 3 liter alveolär luft. Partialtrycket av syre i alveolär luft vid normalt atmosfärstryck är 110 mmHg. Art., koldioxidtryck - 40 mm Hg. Art., och vattenånga - 47 mm Hg. Konst. Med ökande höjd sjunker syretrycket, och det totala ångtrycket av vatten och koldioxid i lungorna förblir nästan konstant - cirka 87 mm Hg. Konst. Tillförseln av syre till lungorna kommer att sluta helt när det omgivande lufttrycket blir lika med detta värde.
På en höjd av cirka 19-20 km sjunker atmosfärstrycket till 47 mm Hg. Konst. Därför, på denna höjd, börjar vatten och interstitiell vätska att koka i människokroppen. Utanför tryckkabinen på dessa höjder inträffar döden nästan omedelbart. Sålunda, ur mänsklig fysiologi, börjar "rymden" redan på en höjd av 15-19 km.
Täta lager av luft - troposfären och stratosfären - skyddar oss från strålningens skadliga effekter. Med tillräcklig sällsynthet av luft, på höjder av mer än 36 km, har joniserande strålning - primära kosmiska strålar - en intensiv effekt på kroppen; På höjder över 40 km är den ultravioletta delen av solspektrumet farlig för människor.
När vi stiger till en allt större höjd över jordens yta försvagas så småningom sådana välbekanta fenomen som observeras i de lägre skikten av atmosfären som ljudutbredning, förekomst av aerodynamiskt lyft och drag, värmeöverföring genom konvektion etc. och försvinner sedan helt.
I sällsynta luftlager är ljudutbredning omöjlig. Upp till höjder på 60-90 km är det fortfarande möjligt att använda luftmotstånd och lyft för kontrollerad aerodynamisk flygning. Men från höjder på 100-130 km förlorar begreppen M-numret och ljudbarriären, som är bekanta för varje pilot, sin betydelse: där passerar villkorlig linje Pocket, bortom vilken börjar regionen av rent ballistisk flygning, som endast kan kontrolleras med hjälp av reaktiva krafter.
På höjder över 100 km saknar atmosfären ytterligare en anmärkningsvärd egenskap - förmågan att absorbera, leda och sända termisk energi genom konvektion (dvs genom att blanda luft). Detta innebär att olika delar av utrustning, orbital utrustning rymdstation kommer inte att kunna kyla ute på samma sätt som man brukar göra på ett flygplan – med hjälp luftstrålar och luftradiatorer. På denna höjd, liksom i rymden i allmänhet, är det enda sättet att överföra värme termisk strålning.
Atmosfärsbildningens historia
Enligt den vanligaste teorin har jordens atmosfär haft tre olika sammansättningar över tiden. Ursprungligen bestod den av lätta gaser (väte och helium) som fångats från interplanetariskt rymden. Detta är den så kallade primära atmosfären (för ungefär fyra miljarder år sedan). I nästa steg ledde aktiv vulkanisk aktivitet till att atmosfären mättades med andra gaser än väte (koldioxid, ammoniak, vattenånga). Det är så den sekundära atmosfären bildades (cirka tre miljarder år före nutiden). Denna atmosfär var återställande. Vidare bestämdes processen för atmosfärsbildning av följande faktorer:
- läckage av lätta gaser (väte och helium) in i det interplanetära rymden;
- kemiska reaktioner som inträffar i atmosfären under påverkan av ultraviolett strålning, blixtnedslag och några andra faktorer.
Gradvis ledde dessa faktorer till bildandet av en tertiär atmosfär, kännetecknad av mycket mindre väte och mycket mer kväve och koldioxid (bildas som ett resultat av kemiska reaktioner från ammoniak och kolväten).
Kväve
Utbildning stor mängd kväve N2 beror på oxidationen av ammoniak-väteatmosfären av molekylärt syre O2, som började komma från planetens yta som ett resultat av fotosyntesen, med start för 3 miljarder år sedan. Kväve N2 släpps också ut i atmosfären som ett resultat av denitrifiering av nitrater och andra kvävehaltiga föreningar. Kväve oxideras av ozon till NO i den övre atmosfären.
Kväve N2 reagerar endast under specifika förhållanden (till exempel under en blixtladdning). Ozonets oxidation av molekylärt kväve under elektriska urladdningar används i små mängder vid industriell produktion av kvävegödselmedel. Cyanobakterier kan oxidera det med låg energiförbrukning och omvandla det till en biologiskt aktiv form ( blågröna alger) och knölbakterier som bildar rhizobial symbios med baljväxter, den så kallade. gröngödsel.
Syre
Atmosfärens sammansättning började förändras radikalt med uppkomsten av levande organismer på jorden, som ett resultat av fotosyntes, åtföljd av frisättning av syre och absorption av koldioxid. Ursprungligen användes syre för oxidation av reducerade föreningar - ammoniak, kolväten, järnhaltig form av järn som finns i haven, etc. I slutet av detta steg började syrehalten i atmosfären att öka. Efter hand bildades en modern atmosfär med oxiderande egenskaper. Eftersom detta orsakade allvarliga och plötsliga förändringar många processer som inträffar i atmosfären, litosfären och biosfären, denna händelse kallades syrekatastrofen.
Under fanerozoikum förändrades atmosfärens sammansättning och syrehalt. De korrelerade främst med hastigheten för avsättning av organiskt sediment. Under perioder av kolackumulering översteg således syrehalten i atmosfären tydligen den moderna nivån.
Koldioxid
CO2-halten i atmosfären beror på vulkanisk aktivitet och kemiska processer i jordens skal, men mest av allt - på intensiteten av biosyntes och nedbrytning av organiskt material i jordens biosfär. Nästan hela planetens nuvarande biomassa (cirka 2,4 1012 ton) bildas på grund av koldioxid, kväve och vattenånga som finns i atmosfärens luft. Organiska ämnen som begravs i havet, träsk och skogar förvandlas till kol, olja och naturgas.
Ädelgaser
Källan till ädelgaser - argon, helium och krypton - är vulkanutbrott och sönderfallet av radioaktiva grundämnen. Jorden i allmänhet och atmosfären i synnerhet är utarmad på inerta gaser jämfört med rymden. Man tror att orsaken till detta ligger i det kontinuerliga läckaget av gaser till det interplanetära rummet.
Luftförorening
I nyligen Människan började påverka atmosfärens utveckling. Resultatet av hans aktiviteter var en konstant ökning av innehållet av koldioxid i atmosfären på grund av förbränning av kolvätebränslen som ackumulerats under tidigare geologiska epoker. Enorma mängder CO2 förbrukas under fotosyntesen och absorberas av världshaven. Denna gas kommer in i atmosfären på grund av nedbrytningen av karbonatstenar och organiska ämnen av vegetabiliskt och animaliskt ursprung, samt på grund av vulkanism och mänsklig industriell aktivitet. Under de senaste 100 åren har CO2-halten i atmosfären ökat med 10 %, varav huvuddelen (360 miljarder ton) kommer från bränsleförbränning. Om ökningstakten för bränsleförbränning fortsätter kommer mängden CO2 i atmosfären att fördubblas under de kommande 200-300 åren och kan leda till globala klimatförändringar.
Bränsleförbränning är den huvudsakliga källan till förorenande gaser (CO, NO, SO2). Svaveldioxid oxideras av atmosfäriskt syre till SO3 och kväveoxid till NO2 i de övre skikten av atmosfären, som i sin tur interagerar med vattenånga, och den resulterande svavelsyran H2SO4 och salpetersyra HNO3 faller på jordens yta i form av den sk. surt regn. Användningen av förbränningsmotorer leder till betydande luftföroreningar med kväveoxider, kolväten och blyföreningar (tetraetylbly) Pb(CH3CH2)4.
Aerosolförorening av atmosfären beror på båda naturliga orsaker (vulkanutbrott, dammstormar, medryckning av droppar havsvatten och växtpollen, etc.), och ekonomisk aktivitet människor (bryta malmer och byggmaterial, bränna bränsle, tillverka cement etc.). Intensiva storskaliga utsläpp av fasta partiklar till atmosfären är en av de möjliga orsaker förändringar i planetens klimat.
(Besökt 719 gånger, 1 besök idag)
Troposfär
Dess övre gräns är på en höjd av 8-10 km i polar, 10-12 km i tempererade och 16-18 km i tropiska breddgrader; lägre på vintern än på sommaren. Atmosfärens nedre huvudskikt innehåller mer än 80 % av den totala massan av atmosfärisk luft och cirka 90 % av all vattenånga som finns i atmosfären. Turbulens och konvektion är högt utvecklad i troposfären, moln uppstår och cykloner och anticykloner utvecklas. Temperaturen minskar med ökande höjd med en genomsnittlig vertikal gradient på 0,65°/100 m
Tropopaus
Övergångsskiktet från troposfären till stratosfären, ett skikt av atmosfären där temperaturminskningen med höjden upphör.
Stratosfär
Ett lager av atmosfären som ligger på en höjd av 11 till 50 km. Kännetecknas av en liten temperaturförändring i 11-25 km skiktet (det nedre skiktet av stratosfären) och en ökning av temperaturen i 25-40 km skiktet från -56,5 till 0,8 ° C (övre skiktet av stratosfären eller inversionsregionen) . Efter att ha nått ett värde av cirka 273 K (nästan 0 °C) på en höjd av cirka 40 km, förblir temperaturen konstant upp till en höjd av cirka 55 km. Denna region med konstant temperatur kallas stratopaus och är gränsen mellan stratosfären och mesosfären.
Stratopaus
Atmosfärens gränsskikt mellan stratosfären och mesosfären. I den vertikala temperaturfördelningen finns ett maximum (ca 0 °C).
Mesosfären
Mesosfären börjar på en höjd av 50 km och sträcker sig till 80-90 km. Temperaturen minskar med höjden med en genomsnittlig vertikal gradient på (0,25-0,3)°/100 m. Den huvudsakliga energiprocessen är strålningsvärmeöverföring. Komplexa fotokemiska processer som involverar fria radikaler, vibrationsexiterade molekyler etc. orsakar atmosfärisk luminescens.
Mesopause
Övergångsskikt mellan mesosfären och termosfären. Det finns ett minimum i den vertikala temperaturfördelningen (ca -90 °C).
Karman Line
Höjden över havet, som är konventionellt accepterad som gränsen mellan jordens atmosfär och rymden. Karmanlinjen ligger på en höjd av 100 km över havet.
Gräns för jordens atmosfär
Termosfär
Den övre gränsen är ca 800 km. Temperaturen stiger till höjder på 200-300 km, där den når värden i storleksordningen 1500 K, varefter den förblir nästan konstant till höga höjder. Under påverkan av ultraviolett och röntgensolstrålning och kosmisk strålning sker jonisering av luften ("auroras") - jonosfärens huvudregioner ligger inuti termosfären. På höjder över 300 km dominerar atomärt syre. Termosfärens övre gräns bestäms till stor del av solens nuvarande aktivitet. Under perioder med låg aktivitet sker en märkbar minskning av storleken på detta lager.
Termopaus
Området i atmosfären som gränsar till termosfären. I denna region är absorptionen av solstrålning försumbar och temperaturen förändras faktiskt inte med höjden.
Exosfär (spridningssfär)
Atmosfäriska lager upp till en höjd av 120 km
Exosfären är en spridningszon, den yttre delen av termosfären, belägen över 700 km. Gasen i exosfären är mycket sällsynt, och härifrån läcker dess partiklar in i det interplanetära rummet (förlust).
Upp till en höjd av 100 km är atmosfären en homogen, välblandad blandning av gaser. I högre lager beror fördelningen av gaser på höjden på deras molekylära massor koncentrationen av tyngre gaser minskar snabbare med avståndet från jordens yta. På grund av minskningen av gasdensiteten sjunker temperaturen från 0 °C i stratosfären till −110 °C i mesosfären. Den kinetiska energin hos enskilda partiklar på höjder av 200-250 km motsvarar dock en temperatur på ~150 °C. Över 200 km observeras betydande fluktuationer i temperatur och gasdensitet i tid och rum.
På en höjd av cirka 2000-3500 km övergår exosfären gradvis till det så kallade rumsnära vakuumet, som är fyllt med mycket förtärnade partiklar av interplanetär gas, främst väteatomer. Men denna gas representerar bara en del av den interplanetära materien. Den andra delen består av dammpartiklar av kometärt och meteoriskt ursprung. Förutom extremt sällsynta dammpartiklar tränger elektromagnetisk och korpuskulär strålning av sol- och galaktiskt ursprung in i detta utrymme.
Troposfären står för cirka 80% av atmosfärens massa, stratosfären - cirka 20%; massan av mesosfären är inte mer än 0,3%, termosfären är mindre än 0,05% av den totala massan av atmosfären. Baserat på de elektriska egenskaperna i atmosfären särskiljs neutronosfären och jonosfären. Man tror för närvarande att atmosfären sträcker sig till en höjd av 2000-3000 km.
Beroende på sammansättningen av gasen i atmosfären särskiljs homosfär och heterosfär. Heterosfären är ett område där gravitationen påverkar separationen av gaser, eftersom deras blandning på en sådan höjd är försumbar. Detta innebär en varierande sammansättning av heterosfären. Under den ligger en välblandad, homogen del av atmosfären som kallas homosfären. Gränsen mellan dessa skikt kallas turbopaus den ligger på en höjd av cirka 120 km.
Atmosfär(från den grekiska atmosfären - ånga och spharia - boll) - jordens luftskal som roterar med det. Atmosfärens utveckling var nära relaterad till de geologiska och geokemiska processerna som förekommer på vår planet, såväl som till levande organismers aktiviteter.
Atmosfärens nedre gräns sammanfaller med jordens yta, eftersom luft tränger in i de minsta porerna i jorden och löses även i vatten.
Den övre gränsen på en höjd av 2000-3000 km övergår gradvis till yttre rymden.
Tack vare atmosfären, som innehåller syre, är liv på jorden möjligt. Atmosfäriskt syre används i andningsprocessen hos människor, djur och växter.
Om det inte fanns någon atmosfär skulle jorden vara lika tyst som månen. När allt kommer omkring är ljud vibrationen av luftpartiklar. Den blå färgen på himlen förklaras av det faktum att solens strålar, som passerar genom atmosfären, som genom en lins, sönderdelas i sina beståndsfärger. I det här fallet är strålarna av blå och blå färger mest utspridda.
Atmosfären fångar det mesta av solens ultravioletta strålning, vilket har en skadlig effekt på levande organismer. Det behåller också värme nära jordens yta, vilket hindrar vår planet från att svalna.
Atmosfärens struktur
I atmosfären kan flera lager urskiljas, olika i densitet (Fig. 1).
Troposfär
Troposfär- det lägsta lagret av atmosfären, vars tjocklek ovanför polerna är 8-10 km, i tempererade breddgrader - 10-12 km och över ekvatorn - 16-18 km.
Ris. 1. Strukturen av jordens atmosfär
Luften i troposfären värms upp av jordens yta, d.v.s. från land och vatten. Därför sjunker lufttemperaturen i detta lager med höjden med i genomsnitt 0,6 °C för varje 100 meter Vid troposfärens övre gräns når den -55 °C. Samtidigt, i området för ekvatorn vid troposfärens övre gräns, är lufttemperaturen -70 ° C, och i området Nordpolen-65 °C.
Cirka 80 % av atmosfärens massa är koncentrerad i troposfären, nästan all vattenånga är lokaliserad, åskväder, stormar, moln och nederbörd förekommer, och vertikal (konvektion) och horisontell (vind) rörelse av luft uppstår.
Vi kan säga att vädret huvudsakligen bildas i troposfären.
Stratosfär
Stratosfär- ett skikt av atmosfären som ligger ovanför troposfären på en höjd av 8 till 50 km. Himlens färg i detta lager ser lila ut, vilket förklaras av luftens tunnhet, på grund av vilken solens strålar nästan inte sprids.
Stratosfären innehåller 20 % av atmosfärens massa. Luften i detta lager är sällsynt, det finns praktiskt taget ingen vattenånga, och därför bildas nästan inga moln och nederbörd. Men stabila luftströmmar observeras i stratosfären, vars hastighet når 300 km/h.
Detta skikt är koncentrerat ozon(ozonskärm, ozonosfär), ett lager som absorberar ultravioletta strålar, hindrar dem från att nå jorden och skyddar därigenom levande organismer på vår planet. Tack vare ozon varierar lufttemperaturen vid stratosfärens övre gräns från -50 till 4-55 °C.
Mellan mesosfären och stratosfären finns en övergångszon - stratopausen.
Mesosfären
Mesosfären- ett lager av atmosfären som ligger på en höjd av 50-80 km. Luftdensiteten här är 200 gånger mindre än vid jordens yta. Färgen på himlen i mesosfären ser svart ut och stjärnor är synliga under dagen. Lufttemperaturen sjunker till -75 (-90)°C.
På en höjd av 80 km börjar termosfär. Lufttemperaturen i detta lager stiger kraftigt till en höjd av 250 m och blir sedan konstant: på en höjd av 150 km når den 220-240 ° C; på en höjd av 500-600 km överstiger 1500 °C.
I mesosfären och termosfären, under inverkan av kosmiska strålar, sönderfaller gasmolekyler till laddade (joniserade) partiklar av atomer, så denna del av atmosfären kallas jonosfär- ett lager av mycket förtärnad luft, beläget på en höjd av 50 till 1000 km, huvudsakligen bestående av joniserade syreatomer, kväveoxidmolekyler och fria elektroner. Detta lager kännetecknas av hög elektrifiering, och långa och medelstora radiovågor reflekteras från det, som från en spegel.
I jonosfären uppträder norrsken - glöden från förtärnade gaser under påverkan av elektriskt laddade partiklar som flyger från solen - och skarpa fluktuationer i magnetfältet observeras.
Exosfär
Exosfär- det yttre lagret av atmosfären som ligger över 1000 km. Detta skikt kallas även spridningssfären, eftersom gaspartiklar rör sig här med hög hastighet och kan spridas ut i rymden.
Atmosfärisk sammansättning
Atmosfären är en blandning av gaser som består av kväve (78,08%), syre (20,95%), koldioxid (0,03%), argon (0,93%), en liten mängd helium, neon, xenon, krypton (0,01%), ozon och andra gaser, men deras innehåll är försumbart (tabell 1). Den moderna sammansättningen av jordens luft etablerades för mer än hundra miljoner år sedan, men den kraftigt ökade mänskliga produktionsaktiviteten ledde ändå till dess förändring. För närvarande sker en ökning av CO 2 -halten med cirka 10-12%.
Gaserna som utgör atmosfären fyller olika funktionella roller. Men den huvudsakliga betydelsen av dessa gaser bestäms främst av det faktum att de mycket starkt absorberar strålningsenergi och därigenom har en betydande inverkan på temperaturregimen på jordens yta och atmosfär.
Tabell 1. Kemisk sammansättning torr atmosfärsluft nära jordens yta
|
Volymkoncentration. % |
Molekylvikt, enheter |
|
|
Syre |
||
|
Koldioxid |
||
|
Lustgas |
||
|
från 0 till 0,00001 |
||
|
Svaveldioxid |
från 0 till 0,000007 på sommaren; från 0 till 0,000002 på vintern |
|
|
Från 0 till 0,000002 |
46,0055/17,03061 |
|
|
Azogdioxid |
||
|
Kolmonoxid |
Kväve, Den vanligaste gasen i atmosfären, den är kemiskt inaktiv.
Syre, till skillnad från kväve, är ett kemiskt mycket aktivt grundämne. Syrets specifika funktion är oxidation organiskt material heterotrofa organismer, stenar och underoxiderade gaser som släpps ut i atmosfären av vulkaner. Utan syre skulle det inte finnas någon nedbrytning av dött organiskt material.
Koldioxidens roll i atmosfären är extremt stor. Det kommer in i atmosfären som ett resultat av förbränningsprocesser, andning av levande organismer och förfall och är först och främst det huvudsakliga byggmaterialet för att skapa organiskt material under fotosyntesen. Dessutom är koldioxidens förmåga att överföra kortvågig solstrålning och absorbera en del av den termiska långvågsstrålningen av stor betydelse, vilket kommer att skapa den så kallade växthuseffekten, som kommer att diskuteras nedan.
Atmosfäriska processer, särskilt stratosfärens termiska regim, påverkas också av ozon. Denna gas fungerar som en naturlig absorbator av ultraviolett strålning från solen, och absorptionen av solstrålning leder till uppvärmning av luften. Genomsnittliga månadsvärden allmänt innehåll ozon i atmosfären varierar beroende på latitud och tid på året inom intervallet 0,23-0,52 cm (detta är ozonskiktets tjocklek vid marktryck och temperatur). Det finns en ökning av ozonhalten från ekvatorn till polerna och en årscykel med ett minimum på hösten och ett maximum på våren.
En karakteristisk egenskap hos atmosfären är att innehållet i huvudgaserna (kväve, syre, argon) ändras något med höjden: på en höjd av 65 km i atmosfären är kvävehalten 86%, syre - 19, argon - 0,91 , på en höjd av 95 km - kväve 77, syre - 21,3, argon - 0,82%. Konstantiteten hos atmosfärsluftens sammansättning vertikalt och horisontellt bibehålls genom dess blandning.
Förutom gaser innehåller luften vattenånga Och fasta partiklar. Den senare kan ha både naturligt och artificiellt (antropogent) ursprung. Dessa är pollen, små saltkristaller, vägdamm och aerosolföroreningar. När solens strålar tränger in i fönstret kan de ses med blotta ögat.
Det finns särskilt många partiklar i luften i städer och stora industricentra, där utsläpp av skadliga gaser och deras föroreningar som bildas vid bränsleförbränning läggs till aerosoler.
Koncentrationen av aerosoler i atmosfären bestämmer luftens genomskinlighet, vilket påverkar solstrålningen som når jordens yta. De största aerosolerna är kondensationskärnor (från lat. kondensatio- packning, förtjockning) - bidra till omvandlingen av vattenånga till vattendroppar.
Betydelsen av vattenånga bestäms i första hand av att den fördröjer långvågig värmestrålning från jordytan; representerar huvudlänken mellan stora och små fuktcykler; ökar lufttemperaturen vid kondensering av vattenbäddar.
Mängden vattenånga i atmosfären varierar i tid och rum. Koncentrationen av vattenånga vid jordens yta varierar alltså från 3 % i tropikerna till 2-10 (15) % i Antarktis.
Det genomsnittliga innehållet av vattenånga i atmosfärens vertikala kolumn på tempererade breddgrader är cirka 1,6-1,7 cm (detta är tjockleken på lagret av kondenserad vattenånga). Information om vattenånga i olika skikt av atmosfären är motsägelsefull. Man antog till exempel att i höjdområdet från 20 till 30 km ökar den specifika luftfuktigheten kraftigt med höjden. Efterföljande mätningar indikerar dock större torrhet i stratosfären. Tydligen beror den specifika luftfuktigheten i stratosfären lite på höjden och är 2-4 mg/kg.
Variabiliteten av vattenånginnehållet i troposfären bestäms av växelverkan mellan processerna för avdunstning, kondensation och horisontell transport. Som ett resultat av kondensering av vattenånga bildas moln och nederbörd faller i form av regn, hagel och snö.
Processerna med fasövergångar av vatten sker övervägande i troposfären, varför moln i stratosfären (på höjder av 20-30 km) och mesosfären (nära mesopausen), kallade pärlemorskimrande och silverfärgade, observeras relativt sällan, medan troposfäriska moln täcker ofta cirka 50 % av hela jordens yta.
Mängden vattenånga som kan finnas i luften beror på lufttemperaturen.
1 m 3 luft vid en temperatur av -20 ° C kan inte innehålla mer än 1 g vatten; vid 0 °C - högst 5 g; vid +10 °C - inte mer än 9 g; vid +30 °C - högst 30 g vatten.
Slutsats: Ju högre lufttemperatur, desto mer vattenånga kan den innehålla.
Luften kan vara rik Och inte mättad vattenånga. Så om vid en temperatur av +30 °C 1 m 3 luft innehåller 15 g vattenånga, är luften inte mättad med vattenånga; om 30 g - mättad.
Absolut fuktighetär mängden vattenånga som finns i 1 m3 luft. Det uttrycks i gram. Om de till exempel säger "absolut luftfuktighet är 15" betyder det att 1 mL innehåller 15 g vattenånga.
Relativ luftfuktighet- detta är förhållandet (i procent) mellan det faktiska innehållet av vattenånga i 1 m 3 luft och mängden vattenånga som kan finnas i 1 m L vid en given temperatur. Om radion till exempel sänder en väderrapport om att den relativa luftfuktigheten är 70 % betyder det att luften innehåller 70 % av den vattenånga den kan hålla vid den temperaturen.
Ju högre relativ luftfuktighet, d.v.s. Ju närmare luften är ett tillstånd av mättnad, desto mer sannolikt är nederbörd.
Alltid hög (upp till 90%) relativ luftfuktighet observeras i ekvatorialzonen, eftersom lufttemperaturen förblir hög där under hela året och stor avdunstning sker från havsytan. Den relativa luftfuktigheten är också hög i polarområdena, men eftersom vid låga temperaturer även en liten mängd vattenånga gör luften mättad eller nära mättad. På tempererade breddgrader varierar den relativa luftfuktigheten med årstiderna - den är högre på vintern, lägre på sommaren.
Den relativa luftfuktigheten i öknar är särskilt låg: 1 m 1 luft innehåller två till tre gånger mindre vattenånga än vad som är möjligt vid en given temperatur.
För att mäta relativ luftfuktighet används en hygrometer (från grekiskans hygros - våt och metreco - jag mäter).
När den kyls kan mättad luft inte behålla samma mängd vattenånga, den tjocknar (kondenserar) och förvandlas till dimma. Dimma kan observeras på sommaren på en klar, sval natt.
Moln- det här är samma dimma, bara den bildas inte på jordens yta, utan på en viss höjd. När luften stiger svalnar den och vattenångan i den kondenseras. De resulterande små dropparna vatten utgör moln.
Molnbildning involverar också partiklar upphängd i troposfären.
Moln kan ha annan form, vilket beror på förhållandena för deras bildning (tabell 14).
De lägsta och tyngsta molnen är stratus. De ligger på en höjd av 2 km från jordens yta. På en höjd av 2 till 8 km kan mer pittoreska cumulusmoln observeras. De högsta och lättaste är cirrusmoln. De ligger på en höjd av 8 till 18 km över jordens yta.
|
Familjer |
Typer av moln |
Utseende |
|
A. Övre moln - över 6 km |
I. Cirrus |
Trådliknande, fibrös, vit |
|
II. Cirrocumulus |
Lager och åsar av små flingor och lockar, vita |
|
|
III. Cirrostratus |
Genomskinlig vitaktig slöja |
|
|
B. Mellanliggande moln - över 2 km |
IV. Altocumulus |
Lager och åsar av vit och grå färg |
|
V. Altostratifierad |
Slät slöja av mjölkgrå färg |
|
|
B. Låga moln - upp till 2 km |
VI. Nimbostratus |
Fast formlöst grått lager |
|
VII. Stratocumulus |
Icke-transparenta lager och åsar av grå färg |
|
|
VIII. Skiktad |
Ej genomskinlig grå slöja |
|
|
D. Moln av vertikal utveckling - från den nedre till den övre nivån |
IX. Stackmoln |
Klubbar och kupoler är ljusa vita, med rivna kanter i vinden |
|
X. Cumulonimbus |
Kraftfulla cumulusformade massor av mörk blyfärg |
Atmosfäriskt skydd
De huvudsakliga källorna är industriföretag och bilar. I storstäder Problemet med gasföroreningar på de viktigaste transportlederna är mycket akut. Det är därför i många större städer runt om i världen, inklusive i vårt land, har miljökontroll av toxiciteten hos fordonsavgaser införts. Enligt experter kan rök och damm i luften minska tillförseln av solenergi till jordytan med hälften, vilket kommer att leda till en förändring av de naturliga förhållandena.
Idag, som en del av vår artikel, kommer vi att prata om ett av de viktigaste lagren i vår himlakropp, om jordens atmosfär, och vi kommer att ge svar på många populära frågor om detta gasformiga skal.
Vad är atmosfär
Atmosfären är ett av lagren på vår planet, som inte är något annat än ett gasformigt skal. Vår atmosfär hålls på plats på grund av jordens attraktion, på grund av tyngdkrafterna. I grunden består vår atmosfär av såväl syre som koldioxid.
Varför kallas atmosfären för jordens rustning?
Ofta kallas gasskiktet på vår planets skal konventionellt vår osynliga rustning. Och svaret på frågan om ursprunget till detta namn är ganska enkelt, eftersom det är jordens atmosfär som är vårt skydd mot meteoriter och andra kosmiska kroppar som kan falla till ytan. Dessutom skyddar atmosfären oss från strålning från solen. De kan inte passera genom gaslagret och skadar mänskligheten.
Meteoriter, som bekant, kan falla mot jorden, men många av dem tar helt enkelt eld och når inte ytan. Och om vi talar om varför en meteorit, som flyger genom jordens atmosfär, blir varm, så är svaret här också extremt enkelt. När den kommer in i atmosfären, på grund av den mycket anständiga hastigheten av fall, och på grund av friktionen som skapas mellan atmosfären och den kosmiska kroppen själv, värms den upp och lyser helt enkelt.
Varför finns atmosfären: hur såg den ut?
Det finns också en fråga, vilket är varför atmosfären överhuvudtaget existerar, varför den roterar med vår planet och inte flyr ut i rymden. Och här finns det inte heller några hemligheter från mänsklighetens moderna sinnen människor har redan fått svaret på denna fråga för länge sedan.
Först måste vi svara på varför atmosfären roterar med jorden. Poängen är att det är här makten kommer in i bilden igen. universell gravitation, gravitation, som håller vår atmosfär i den position den är i. Men det som sades ovan är ganska lämpligt som ett svar på frågan om varför jordens atmosfär inte flyr ut i rymden.
Varför finns det inget väte i atmosfären?
Det är ett vanligt faktum att det nästan inte finns något väte i vår atmosfär. Anledningen till detta fenomen är att dess molekyler är mycket lätta, det avdunstar snabbt ut i rymden och dess andel i jordens atmosfäriska lager är minimal.
