Troposfæren
Hende Øverste grænse beliggende i en højde på 8-10 km i polar, 10-12 km i tempererede og 16-18 km i tropiske breddegrader; lavere om vinteren end om sommeren. Det nederste hovedlag af atmosfæren indeholder mere end 80 % af den samlede masse atmosfærisk luft og omkring 90 % af al vanddamp tilgængelig i atmosfæren. Turbulens og konvektion er højt udviklet i troposfæren, skyer opstår, og cykloner og anticykloner udvikler sig. Temperaturen falder med stigende højde med en gennemsnitlig lodret gradient på 0,65°/100 m
Tropopause
Overgangslaget fra troposfæren til stratosfæren, et lag af atmosfæren, hvor temperaturfaldet med højden stopper.
Stratosfæren
Et lag af atmosfæren beliggende i en højde af 11 til 50 km. Egenskab mindre ændring temperatur i 11-25 km-laget (nedre lag af stratosfæren) og dens stigning i 25-40 km-laget fra -56,5 til 0,8 °C ( øverste lag stratosfære eller inversionsområde). Efter at have nået en værdi på omkring 273 K (næsten 0 °C) i en højde på omkring 40 km, forbliver temperaturen konstant op til en højde på omkring 55 km. Dette område med konstant temperatur kaldes stratopausen og er grænsen mellem stratosfæren og mesosfæren.
Stratopause
Atmosfærens grænselag mellem stratosfæren og mesosfæren. I den lodrette temperaturfordeling er der et maksimum (ca. 0 °C).
Mesosfæren
Mesosfæren begynder i en højde af 50 km og strækker sig til 80-90 km. Temperaturen falder med højden med en gennemsnitlig lodret gradient på (0,25-0,3)°/100 m. Hovedenergiprocessen er strålevarmeoverførsel. Komplekse fotokemiske processer, der involverer frie radikaler, vibrationelt exciterede molekyler osv. forårsager atmosfærisk luminescens.
Mesopause
Overgangslag mellem mesosfæren og termosfæren. Der er et minimum i den lodrette temperaturfordeling (ca. -90 °C).
Karman Line
Højden over havets overflade, som konventionelt accepteres som grænsen mellem Jordens atmosfære og rummet. Karman-linjen ligger i en højde af 100 km over havets overflade.
Grænse for Jordens atmosfære
Termosfære
Øverste grænse- omkring 800 km. Temperaturen stiger til højder på 200-300 km, hvor den når værdier i størrelsesordenen 1500 K, hvorefter den forbliver næsten konstant til store højder. Under påvirkning af ultraviolet og røntgen solstråling Og kosmisk stråling luftionisering forekommer (" nordlys") - de vigtigste områder af ionosfæren ligger inde i termosfæren. I højder over 300 km dominerer atomær oxygen. Termosfærens øvre grænse bestemmes i høj grad af Solens aktuelle aktivitet. I perioder med lav aktivitet forekommer et mærkbart fald i størrelsen af dette lag.
Termopause
Området af atmosfæren, der støder op til termosfæren. I dette område absorptionen solstråling ubetydeligt, og temperaturen ændrer sig faktisk ikke med højden.
Exosfære (spredningssfære)
Atmosfæriske lag op til en højde på 120 km
Exosfæren er en spredningszone, den ydre del af termosfæren, beliggende over 700 km. Gassen i exosfæren er meget sjælden, og herfra siver dens partikler ud i det interplanetariske rum (dissipation).
Op til 100 km højde er atmosfæren en homogen, godt blandet blanding af gasser. I højere lag afhænger fordelingen af gasser over højden af deres molekylvægte, falder koncentrationen af tungere gasser hurtigere med afstanden fra Jordens overflade. På grund af faldet i gasdensiteten falder temperaturen fra 0 °C i stratosfæren til -110 °C i mesosfæren. Imidlertid kinetisk energi individuelle partikler i højder på 200-250 km svarer til en temperatur på ~150 °C. Over 200 km observeres betydelige udsving i temperatur og gasdensitet i tid og rum.
I en højde på omkring 2000-3500 km forvandles exosfæren gradvist til det såkaldte rumnære vakuum, som er fyldt med meget forsælnede partikler af interplanetarisk gas, hovedsageligt brintatomer. Men denne gas repræsenterer kun en del af det interplanetariske stof. Den anden del består af støvpartikler af kometarisk og meteorisk oprindelse. Ud over ekstremt sjældne støvpartikler trænger elektromagnetisk og korpuskulær stråling af sol- og galaktisk oprindelse ind i dette rum.
Troposfæren tegner sig for omkring 80% af atmosfærens masse, stratosfæren - omkring 20%; massen af mesosfæren - ikke mere end 0,3%, termosfæren - mindre end 0,05% af total masse atmosfære. Baseret elektriske egenskaber Atmosfæren er opdelt i neutronosfæren og ionosfæren. Det menes i øjeblikket, at atmosfæren strækker sig til en højde på 2000-3000 km.
Afhængigt af sammensætningen af gassen i atmosfæren skelnes homosfære og heterosfære. Heterosfæren er et område, hvor tyngdekraften påvirker adskillelsen af gasser, da deres blanding i en sådan højde er ubetydelig. Dette indebærer en variabel sammensætning af heterosfæren. Under den ligger en godt blandet, homogen del af atmosfæren kaldet homosfæren. Grænsen mellem disse lag kaldes turbopausen, den ligger i en højde af omkring 120 km.
Atmosfæren er det, der gør livet muligt på Jorden. Vi modtager de allerførste informationer og fakta om atmosfæren tilbage folkeskole. I gymnasiet bliver vi mere fortrolige med dette begreb i geografitimerne.
Begrebet jordens atmosfære
Ikke kun Jorden har en atmosfære, men også andre himmellegemer. Det kalder de det gasskal, omkringliggende planeter. Sammensætningen af dette gaslag forskellige planeter er væsentligt anderledes. Lad os se på de grundlæggende oplysninger og fakta om ellers kaldet luft.
Dens vigtigste komponent er ilt. Nogle mennesker tror fejlagtigt, at jordens atmosfære udelukkende består af ilt, men faktisk er luft en blanding af gasser. Den indeholder 78% nitrogen og 21% oxygen. Den resterende procent inkluderer ozon, argon, carbondioxid, vanddamp. Lade procent disse gasser er små, men de fungerer vigtig funktion- absorbere en betydelig del af solstrålingsenergien, og derved forhindre belysningen i at omdanne alt liv på vores planet til aske. Atmosfærens egenskaber ændrer sig afhængigt af højden. For eksempel i en højde af 65 km er nitrogen 86% og ilt er 19%.
Sammensætning af jordens atmosfære
- Carbondioxid nødvendig for plantenæring. Det vises i atmosfæren som et resultat af processen med respiration af levende organismer, rådnende og forbrænding. Dens fravær i atmosfæren ville gøre eksistensen af planter umulig.
- Ilt- en vital bestanddel af atmosfæren for mennesker. Dens tilstedeværelse er en betingelse for eksistensen af alle levende organismer. Det udgør omkring 20 % af samlet volumen atmosfæriske gasser.
- Ozon er en naturlig absorber af ultraviolet solstråling, som har en skadelig virkning på levende organismer. Det meste af det danner et separat lag af atmosfæren - ozonskærmen. I På det sidste menneskelig aktivitet fører til, at den gradvist begynder at kollapse, men da den er af stor betydning, bliver den udført aktivt arbejde for dets bevarelse og restaurering.
- vanddamp bestemmer luftfugtigheden. Dens indhold kan variere afhængigt af forskellige faktorer: lufttemperatur, territorial beliggenhed, årstid. Ved lave temperaturer er der meget lidt vanddamp i luften, måske mindre end én procent, og ved høje temperaturer når dens mængde 4%.
- Ud over alt det ovenstående, sammensætningen jordens atmosfære altid til stede en vis procentdel hårdt og flydende urenheder . Dette er sod, aske, havsalt, støv, vanddråber, mikroorganismer. De kan komme i luften både naturligt og menneskeligt.
Lag af atmosfæren
Og temperatur, og tæthed, og sammensætning af høj kvalitet luft er ikke det samme forskellige højder. På grund af dette er det sædvanligt at skelne mellem forskellige lag af atmosfæren. Hver af dem har sine egne karakteristika. Lad os finde ud af, hvilke lag af atmosfæren der skelnes:
- Troposfæren - dette lag af atmosfæren er tættest på jordens overflade. Dens højde er 8-10 km over polerne og 16-18 km i troperne. 90% af al vanddamp i atmosfæren findes her, altså aktiv uddannelse skyer Også i dette lag observeres processer som luft (vind) bevægelse, turbulens og konvektion. Temperaturerne varierer fra +45 grader ved middagstid i den varme årstid i troperne til -65 grader ved polerne.
- Stratosfæren er det næstfjerneste lag af atmosfæren. Beliggende i en højde af 11 til 50 km. I det nederste lag af stratosfæren er temperaturen cirka -55 grader; bevæger den sig væk fra Jorden stiger den til +1˚С. Denne region kaldes en inversion og er grænsen mellem stratosfæren og mesosfæren.
- Mesosfæren ligger i en højde af 50 til 90 km. Temperaturen ved dens nedre grænse er omkring 0, ved den øvre når den -80...-90 ˚С. Meteoritter, der kommer ind i Jordens atmosfære, brænder fuldstændigt op i mesosfæren, hvilket får luftgløder til at opstå her.
- Termosfæren er cirka 700 km tyk. I dette lag af atmosfæren opstår der Nordlys. De opstår på grund af påvirkningen af kosmisk stråling og stråling fra Solen.
- Exosfæren er luftspredningszonen. Her er koncentrationen af gasser lille, og de slipper gradvist ud i det interplanetariske rum.
Grænsen mellem jordens atmosfære og ydre rum Linjen anses for at være 100 km. Denne linje kaldes Karman-linjen.
Atmosfærisk tryk
Når vi lytter til vejrudsigten, hører vi ofte barometertryk. Men hvad betyder atmosfærisk tryk, og hvordan kan det påvirke os?
Vi fandt ud af, at luft består af gasser og urenheder. Hver af disse komponenter har sin egen vægt, hvilket betyder, at atmosfæren ikke er vægtløs, som man troede indtil det 17. århundrede. Atmosfærisk tryk er den kraft, hvormed alle lag af atmosfæren presser på Jordens overflade og på alle genstande.
Forskere udførte komplekse beregninger og beviste, at en kvadratmeter område atmosfæren trykker med en kraft på 10.333 kg. Midler, menneskelige legeme udsat for lufttryk, hvis vægt er 12-15 tons. Hvorfor føler vi det ikke? Det er vores indre pres, der redder os, som balancerer det ydre. Du kan mærke det atmosfæriske tryk, mens du er på et fly eller højt i bjergene, pga Atmosfæretryk meget mindre i højden. I dette tilfælde er fysisk ubehag, blokerede ører og svimmelhed muligt.
Der kan siges meget om den omkringliggende atmosfære. Vi ved meget om hende interessante fakta, og nogle af dem kan virke overraskende:
- Vægten af jordens atmosfære er 5.300.000.000.000.000 tons.
- Det fremmer lydtransmission. I en højde på mere end 100 km forsvinder denne ejendom på grund af ændringer i atmosfærens sammensætning.
- Atmosfærens bevægelse fremkaldes af ujævn opvarmning af jordens overflade.
- Et termometer bruges til at bestemme lufttemperaturen, og et barometer bruges til at bestemme atmosfærens tryk.
- Tilstedeværelsen af en atmosfære redder vores planet fra 100 tons meteoritter hver dag.
- Luftens sammensætning var fast i flere hundrede millioner år, men begyndte at ændre sig med begyndelsen af hurtig industriel aktivitet.
- Atmosfæren menes at strække sig opad til en højde på 3000 km.
Atmosfærens betydning for mennesker
Atmosfærens fysiologiske zone er 5 km. I en højde af 5000 m over havets overflade begynder en person at opleve iltsult, hvilket kommer til udtryk i et fald i hans præstation og forringelse af velvære. Dette viser, at en person ikke kan overleve i et rum, hvor der ikke er denne fantastiske blanding af gasser.
Alle oplysninger og fakta om atmosfæren bekræfter kun dens betydning for mennesker. Takket være dens tilstedeværelse blev det muligt at udvikle liv på Jorden. Allerede i dag, efter at have vurderet omfanget af skader, som menneskeheden er i stand til at forvolde gennem sine handlinger til den livgivende luft, bør vi overveje yderligere foranstaltninger til at bevare og genoprette atmosfæren.
Sandsynligvis har de, der drømmer om rummet, sikkert undret sig over, hvorfor der kun er en atmosfære på Venus og Jorden og ingen andre steder (vi tager ikke hensyn til satellitten lige nu)? Og hvordan man får det til at dukke op der. Hvor er grunden til, at det er umuligt at trække vejret dybt uden en rumdragt, hverken på Mars eller på Månen?
For at forstå dette bliver vi nødt til at studere begrebet den anden flugthastighed, og studere også sammenhængen mellem molekylmasse og hastighed.
Jordens luft består i det væsentlige af følgende elementer: oxygen(O) og nitrogen(N).
Ved den anden flugthastighed vil et legeme, hvis størrelse/masse er ubetydelig sammenlignet med planeten, flyve væk for evigt ind i det interplanetariske rum.
Nu ved det meste sandsynlig hastighed nitrogenmolekyler og den anden flugthastighed, er det let at bestemme, under hvilke forhold et gasmolekyle vil forblive i kredsløb om planeten.
Betingelsen skal være opfyldt
eller hvis planetens radius er udtrykt i kilometer så
Nitrogen går ind flydende tilstand omkring -200 grader Celsius, eller i Kelvin T=73 grader.
Så erstatter allerede her kendte mængder vi finder, at nitrogen i en gasformig tilstand kan være på overfladen af planeten i tilfælde af hvornår
For Jorden er dette forhold 62435>21681 - hvilket betyder, at nitrogen kan tilbageholdes nær Jorden, ikke kun ved en temperatur på 73 grader Kelvin, men også ved en temperatur ikke højere end 210 grader Kelvin (det vil sige omkring 400 grader Celsius) . Hvis temperaturen af gassen er højere, så vil molekylernes hastighed være højere end den anden flugthastighed, og de vil begynde at flyve ind i det interplanetariske rum, og Jorden vil begynde at miste sin atmosfære.
Hvad med andre planeter og nitrogen?
Vi tager dataene fra oversigtstabellen Hovedkarakteristika for solsystemets planeter
For Venus (radius=6052, fritfaldsacceleration=8,6) 52047>21681. Nitrogen kan tilbageholdes af planeten.
For Mars (radius=3398, fritfaldsacceleration=3,72) 12641<21681. Азот kan ikke at blive holdt af planeten.
Da Venus holder nitrogen med en molekylvægt på 14 g/mol, så vil planeten så meget desto mere også rumme gasser med en højere masse (hvilket betyder f.eks. ilt, samt metan, kuldioxid og andre derivater.
Nå - siger du - men hvad med den tungeste gas - radon? Der er en molekylvægt på 226 g/mol!
Gaskonstanten for radon er 36.8
Mars kan tilbageholde radon med sin masse, hvis gastemperaturen ikke overstiger 343 grader Kelvin. Derfor, ja, Mars holder og tiltrækker muligvis radonmolekyler til sig selv, men dette vil ikke hjælpe os med at organisere livet på planeten.
I begyndelsen af artiklen talte vi om en satellit, der har en atmosfære. Det er en naturlig Saturns satellit - Titanium. Det er bemærkelsesværdigt, at dens radius er 2575 km, og tyngdeaccelerationen er 1.352.
Det vil sige, at satellitten ifølge ovenstående regler ikke skal have en atmosfære, men det har den.
Så er vores beregninger forkerte? Det tror jeg ikke, ellers skulle mange af de grundlæggende formler revideres.
Årsagen er højst sandsynligt, at satellitten er tæt på sin "moder" Saturn, og den afledte overensstemmelse mellem molekylernes gennemsnitlige hastighed og den anden kosmiske hastighed i nærvær af en sådan "nabo" er ikke så entydig.
Eller som en tredje mulighed, at atmosfæren "lækker" ud i rummet på satellitten, men hvad der genererer en sådan mængde gas er stadig umuligt at finde ud af.
Der er noget usagt tilbage... så
Hvad skal vi gøre på Mars, så der er en atmosfære der?
Generering af ilt fra kraftfulde stationer, som det var tilfældet i science-fiction-filmen med Schwarzenegger i hovedrollen, vil ikke fungere... atmosfæren vil til sidst fordampe.
Den samme uheldige mulighed ville være, hvis du eksploderer noget på planeten, såsom termonukleare ladninger, som nogle foreslår.
For at nitrogen forbliver på Mars, er vi nødt til at øge enten planetens radius eller dens tyngdeacceleration med næsten to gange.
Det er umuligt at øge radius, men hvad med acceleration?
På trods af at luft vejer tusind (bogstaveligt talt omkring 1000) gange mindre end vand, vejer den stadig noget.
Og ikke så lidt, som det ser ud ved første øjekast.
Så en kubikmeter vand ved havoverfladen fylder 1000 liter og vejer følgelig et ton. De der. en kubisk beholder med dimensioner en meter gange en meter gange en meter fyldt med vand vejer (eller rettere har masse) 1000 kilo. Vægten af selve beholderen medregnes ikke. Et standardbad indeholder for eksempel en tredjedel af denne terning, dvs. 300 liter.
Den samme terning fyldt med luft (dvs. ifølge vores koncepter, tom) vejer 1,3 kg. Dette er vægten af luften, der er inde i den kubiske beholder.
Men nøjagtigt at beregne atmosfærens volumen er ikke så let en opgave. For det første er det næppe muligt med nogen pålidelig nøjagtighed at afgøre, om det er her atmosfæren slutter, og det luftløse rum begynder, og for det andet falder lufttætheden kraftigt med stigende højde.
Atmosfæren menes at være 2000-3000 km tyk, med halvdelen af dens masse inden for 5 km fra overfladen.
Der er dog en anden, meget præcis måde at finde ud af, hvor meget atmosfæren vejer. Det blev brugt for 400 år siden af den fremragende videnskabsmand, matematiker, fysiker, forfatter og filosof Blaise Pascal.
Det er nok at vide, hvad atmosfærisk tryk er (i millimeter kviksølv), og at det på havets overflade under normale forhold er cirka 760 af de samme millimeter.
Et par år før Pascals eksperimenter blev denne kendsgerning opdaget af den italienske matematiker og fysiker, en elev af Galileo Evangelista Torricelli.
Så for at afbalancere det atmosfæriske tryk pr. 1 kvadratcentimeter af jordens overflade ved havoverfladen er der brug for en søjle af kviksølv 760 millimeter høj; denne søjle af kviksølv vejer cirka 1033 gram. Luften, der trykker på denne kvadratcentimeter, vejer det samme, kun dens højde er meget større - de samme 2000-3000 km som i dette øjeblik betyder ikke noget.
Nu er det nok at beregne arealet af jordens overflade. Som vi alle husker, er Jorden en kugle med en radius på cirka 6.400 kilometer (eller med en omkreds ved ækvator på cirka 40.000 km), og som vi alle husker (fra 8. klasse i gymnasiet) S kugle = 4πR 2 .
Jordens samlede overfladeareal er cirka 510.072.000 km², og atmosfærens samlede masse er 5 x 10 21 gram, eller 5 x 10 15 tons, eller med ord - 5 quadrillioner tons!
Dette tal undrede Pascal dengang, fordi han beregnede, at en kobberkugle med en diameter på 10 km ville veje det samme.
Det er ikke så let, denne luft...
P.S. Forresten et par mere interessante fakta om atmosfærisk tryk, eller rettere om dets fald med stigende højde og de deraf følgende konsekvenser i et indlæg for tre år siden. Han skal ikke forsvinde i mørket...
Atmosfære(fra den græske atmosfære - damp og spharia - bold) - Jordens luftskal, der roterer med den. Atmosfærens udvikling var tæt forbundet med de geologiske og geokemiske processer, der forekommer på vores planet, såvel som til levende organismers aktiviteter.
Atmosfærens nedre grænse falder sammen med Jordens overflade, da luft trænger ind i de mindste porer i jorden og opløses selv i vand.
Den øvre grænse i en højde af 2000-3000 km passerer gradvist ud i det ydre rum.
Takket være atmosfæren, som indeholder ilt, er liv på Jorden muligt. Atmosfærisk ilt bruges i åndedrætsprocessen hos mennesker, dyr og planter.
Hvis der ikke var nogen atmosfære, ville Jorden være lige så stille som Månen. Lyd er trods alt vibrationen af luftpartikler. Himlens blå farve forklares ved, at solens stråler, der passerer gennem atmosfæren, ligesom gennem en linse, nedbrydes i deres komponentfarver. I dette tilfælde er strålerne af blå og blå farver spredt mest.
Atmosfæren fanger det meste af solens ultraviolette stråling, hvilket har en skadelig effekt på levende organismer. Det holder også på varmen nær jordens overflade, hvilket forhindrer vores planet i at afkøle.
Atmosfærens struktur
I atmosfæren kan der skelnes mellem flere lag, der er forskellige i tæthed (fig. 1).
Troposfæren
Troposfæren- det laveste lag af atmosfæren, hvis tykkelse over polerne er 8-10 km, i tempererede breddegrader - 10-12 km, og over ækvator - 16-18 km.
Ris. 1. Strukturen af Jordens atmosfære
Luften i troposfæren opvarmes af jordens overflade, det vil sige af land og vand. Derfor falder lufttemperaturen i dette lag med højden med i gennemsnit 0,6 °C for hver 100 m. Ved troposfærens øvre grænse når den -55 °C. Samtidig er lufttemperaturen i området af ækvator ved troposfærens øvre grænse -70 °C, og i regionen af Nordpolen -65 °C.
Omkring 80 % af atmosfærens masse er koncentreret i troposfæren, næsten al vanddampen er lokaliseret, tordenvejr, storme, skyer og nedbør forekommer, og lodret (konvektion) og vandret (vind) bevægelse af luft forekommer.
Vi kan sige, at vejret hovedsageligt dannes i troposfæren.
Stratosfæren
Stratosfæren- et lag af atmosfæren placeret over troposfæren i en højde på 8 til 50 km. Himlens farve i dette lag ser lilla ud, hvilket forklares af luftens tyndhed, på grund af hvilken solens stråler næsten ikke er spredt.
Stratosfæren indeholder 20 % af atmosfærens masse. Luften i dette lag er sjældent, der er praktisk talt ingen vanddamp, og derfor dannes der næsten ingen skyer og nedbør. Imidlertid observeres stabile luftstrømme i stratosfæren, hvis hastighed når 300 km/t.
Dette lag er koncentreret ozon(ozonskærm, ozonosfære), et lag, der absorberer ultraviolette stråler, der forhindrer dem i at nå Jorden og derved beskytter levende organismer på vores planet. Takket være ozon varierer lufttemperaturen ved stratosfærens øvre grænse fra -50 til 4-55 °C.
Mellem mesosfæren og stratosfæren er der en overgangszone - stratopausen.
Mesosfæren
Mesosfæren- et lag af atmosfæren beliggende i en højde af 50-80 km. Luftdensiteten her er 200 gange mindre end ved Jordens overflade. Farven på himlen i mesosfæren ser sort ud, og stjerner er synlige i løbet af dagen. Lufttemperaturen falder til -75 (-90)°C.
I en højde af 80 km begynder termosfære. Lufttemperaturen i dette lag stiger kraftigt til en højde på 250 m og bliver derefter konstant: i en højde af 150 km når den 220-240 ° C; i en højde af 500-600 km overstiger 1500 °C.
I mesosfæren og termosfæren, under påvirkning af kosmiske stråler, opløses gasmolekyler til ladede (ioniserede) partikler af atomer, så denne del af atmosfæren kaldes ionosfære- et lag af meget fortærnet luft, beliggende i en højde af 50 til 1000 km, bestående hovedsageligt af ioniserede oxygenatomer, nitrogenoxidmolekyler og frie elektroner. Dette lag er karakteriseret ved høj elektrificering, og lange og mellemstore radiobølger reflekteres fra det, ligesom fra et spejl.
I ionosfæren opstår nordlys - gløden fra fordærvede gasser under påvirkning af elektrisk ladede partikler, der flyver fra Solen - og der observeres skarpe udsving i magnetfeltet.
Exosfære
Exosfære- det ydre lag af atmosfæren placeret over 1000 km. Dette lag kaldes også spredningssfæren, da gaspartikler bevæger sig hertil med høj hastighed og kan spredes ud i det ydre rum.
Atmosfærisk sammensætning
Atmosfæren er en blanding af gasser bestående af nitrogen (78,08%), oxygen (20,95%), kuldioxid (0,03%), argon (0,93%), en lille mængde helium, neon, xenon, krypton (0,01%), ozon og andre gasser, men deres indhold er ubetydeligt (tabel 1). Den moderne sammensætning af jordens luft blev etableret for mere end hundrede millioner år siden, men den stærkt øgede menneskelige produktionsaktivitet førte alligevel til dens ændring. I øjeblikket er der en stigning i CO 2 -indholdet med ca. 10-12%.
De gasser, der udgør atmosfæren, udfører forskellige funktionelle roller. Hovedbetydningen af disse gasser bestemmes dog primært af, at de meget kraftigt absorberer strålingsenergi og derved har en væsentlig indflydelse på temperaturregimet af Jordens overflade og atmosfære.
Tabel 1. Kemisk sammensætning af tør atmosfærisk luft nær jordens overflade
|
Volumenkoncentration. % |
Molekylvægt, enheder |
|
|
Ilt |
||
|
Carbondioxid |
||
|
Nitrogenoxid |
||
|
fra 0 til 0,00001 |
||
|
Svovldioxid |
fra 0 til 0,000007 om sommeren; fra 0 til 0,000002 om vinteren |
|
|
Fra 0 til 0,000002 |
46,0055/17,03061 |
|
|
Azogdioxid |
||
|
Carbonmonoxid |
nitrogen, Den mest almindelige gas i atmosfæren, den er kemisk inaktiv.
Ilt, i modsætning til nitrogen, er et kemisk meget aktivt grundstof. Den specifikke funktion af oxygen er oxidation af organisk stof fra heterotrofe organismer, klipper og underoxiderede gasser, der udsendes til atmosfæren af vulkaner. Uden ilt ville der ikke være nogen nedbrydning af dødt organisk stof.
Kuldioxidens rolle i atmosfæren er ekstremt stor. Det kommer ind i atmosfæren som et resultat af forbrændingsprocesser, respiration af levende organismer og henfald og er først og fremmest det vigtigste byggemateriale til dannelsen af organisk stof under fotosyntesen. Derudover er kuldioxidens evne til at transmittere kortbølget solstråling og absorbere en del af den termiske langbølgede stråling af stor betydning, hvilket vil skabe den såkaldte drivhuseffekt, som vil blive diskuteret nedenfor.
Atmosfæriske processer, især stratosfærens termiske regime, er også påvirket af ozon. Denne gas fungerer som en naturlig absorber af ultraviolet stråling fra solen, og absorptionen af solstråling fører til opvarmning af luften. Gennemsnitlige månedlige værdier af det samlede ozonindhold i atmosfæren varierer afhængigt af breddegrad og tid på året inden for området 0,23-0,52 cm (dette er tykkelsen af ozonlaget ved jordtryk og temperatur). Der er en stigning i ozonindholdet fra ækvator til polerne og en årscyklus med et minimum om efteråret og et maksimum om foråret.
En karakteristisk egenskab ved atmosfæren er, at indholdet af hovedgasserne (nitrogen, oxygen, argon) ændrer sig lidt med højden: i en højde af 65 km i atmosfæren er indholdet af nitrogen 86%, oxygen - 19, argon - 0,91 , i en højde af 95 km - nitrogen 77, oxygen - 21,3, argon - 0,82%. Konstansen af sammensætningen af atmosfærisk luft lodret og vandret opretholdes ved dens blanding.
Udover gasser indeholder luften vanddamp Og faste partikler. Sidstnævnte kan have både naturlig og kunstig (antropogen) oprindelse. Disse er pollen, bittesmå saltkrystaller, vejstøv og aerosolurenheder. Når solens stråler trænger ind i vinduet, kan de ses med det blotte øje.
Der er især mange partikler i luften i byer og store industricentre, hvor emissioner af skadelige gasser og deres urenheder dannet under brændstofforbrænding tilsættes aerosoler.
Koncentrationen af aerosoler i atmosfæren bestemmer luftens gennemsigtighed, hvilket påvirker solstrålingen, der når jordens overflade. De største aerosoler er kondensationskerner (fra lat. kondensation- komprimering, fortykkelse) - bidrage til omdannelsen af vanddamp til vanddråber.
Betydningen af vanddamp bestemmes primært af, at den forsinker langbølget termisk stråling fra jordens overflade; repræsenterer hovedleddet mellem store og små fugtcyklusser; øger lufttemperaturen under kondensering af vandbede.
Mængden af vanddamp i atmosfæren varierer i tid og rum. Koncentrationen af vanddamp på jordens overflade varierer således fra 3 % i troperne til 2-10 (15) % i Antarktis.
Det gennemsnitlige indhold af vanddamp i atmosfærens lodrette søjle på tempererede breddegrader er omkring 1,6-1,7 cm (dette er tykkelsen af laget af kondenseret vanddamp). Oplysninger om vanddamp i forskellige lag af atmosfæren er modstridende. Det blev for eksempel antaget, at i højdeområdet fra 20 til 30 km stiger den specifikke luftfugtighed kraftigt med højden. Efterfølgende målinger indikerer dog større tørhed af stratosfæren. Den specifikke luftfugtighed i stratosfæren afhænger tilsyneladende lidt af højden og er 2-4 mg/kg.
Variabiliteten af vanddampindholdet i troposfæren bestemmes af samspillet mellem processerne for fordampning, kondensation og horisontal transport. Som følge af kondensering af vanddamp dannes der skyer, og der falder nedbør i form af regn, hagl og sne.
Vandets faseovergange sker overvejende i troposfæren, hvorfor skyer i stratosfæren (i højder af 20-30 km) og mesosfæren (nær mesopausen), kaldet perleskimrende og sølvfarvet, observeres relativt sjældent, mens troposfæriske skyer dækker ofte omkring 50 % af hele jordens overflade.
Mængden af vanddamp, der kan være indeholdt i luften, afhænger af lufttemperaturen.
1 m 3 luft ved en temperatur på -20 ° C kan ikke indeholde mere end 1 g vand; ved 0 °C - ikke mere end 5 g; ved +10 °C - ikke mere end 9 g; ved +30 °C - ikke mere end 30 g vand.
Konklusion: Jo højere lufttemperaturen er, jo mere vanddamp kan den indeholde.
Luften kan være rig Og ikke mættet vanddamp. Så hvis ved en temperatur på +30 °C 1 m 3 luft indeholder 15 g vanddamp, er luften ikke mættet med vanddamp; hvis 30 g - mættet.
Absolut fugtighed- dette er mængden af vanddamp indeholdt i 1 m 3 luft. Det er udtrykt i gram. For eksempel, hvis de siger "absolut luftfugtighed er 15", betyder det, at 1 mL indeholder 15 g vanddamp.
Relativ luftfugtighed- dette er forholdet (i procent) mellem det faktiske indhold af vanddamp i 1 m 3 luft og mængden af vanddamp, der kan være indeholdt i 1 m L ved en given temperatur. Hvis radioen for eksempel udsender en vejrmelding om, at den relative luftfugtighed er 70 %, betyder det, at luften indeholder 70 % af den vanddamp, den kan holde ved den temperatur.
Jo højere relativ luftfugtighed, dvs. Jo tættere luften er på en tilstand af mætning, jo mere sandsynligt er nedbør.
Altid høj (op til 90%) relativ luftfugtighed observeres i ækvatorzonen, da lufttemperaturen forbliver høj der hele året rundt, og der sker stor fordampning fra havenes overflade. Den relative luftfugtighed er også høj i polarområderne, men fordi selv en lille mængde vanddamp ved lave temperaturer gør luften mættet eller tæt på mættet. På tempererede breddegrader varierer den relative luftfugtighed med årstiderne - den er højere om vinteren, lavere om sommeren.
Den relative luftfugtighed i ørkener er særlig lav: 1 m 1 luft indeholder to til tre gange mindre vanddamp, end det er muligt ved en given temperatur.
For at måle relativ luftfugtighed bruges et hygrometer (fra det græske hygros - våd og metreco - jeg måler).
Når den er afkølet, kan mættet luft ikke tilbageholde den samme mængde vanddamp; den tykner (kondenserer) og bliver til tågedråber. Tåge kan observeres om sommeren på en klar, kølig nat.
Skyer- dette er den samme tåge, kun den dannes ikke på jordens overflade, men i en vis højde. Når luften stiger, afkøles den, og vanddampen i den kondenserer. De resulterende små dråber vand udgør skyer.
Skydannelse involverer også partikler suspenderet i troposfæren.
Skyer kan have forskellige former, som afhænger af betingelserne for deres dannelse (tabel 14).
De laveste og tungeste skyer er stratus. De er placeret i en højde af 2 km fra jordens overflade. I en højde på 2 til 8 km kan der observeres mere maleriske cumulusskyer. Den højeste og letteste er cirrusskyer. De er placeret i en højde af 8 til 18 km over jordens overflade.
|
Familier |
Slags skyer |
Udseende |
|
A. Øvre skyer - over 6 km |
I. Cirrus |
Trådagtig, fibrøs, hvid |
|
II. Cirrocumulus |
Lag og kamme af små flager og krøller, hvide |
|
|
III. Cirrostratus |
Gennemsigtigt hvidligt slør |
|
|
B. Mellemliggende skyer - over 2 km |
IV. Altocumulus |
Lag og kamme af hvid og grå farve |
|
V. Altostratificeret |
Glat slør af mælkegrå farve |
|
|
B. Lave skyer - op til 2 km |
VI. Nimbostratus |
Fast formløst gråt lag |
|
VII. Stratocumulus |
Ikke-gennemsigtige lag og kamme af grå farve |
|
|
VIII. Lagdelt |
Ikke-gennemsigtigt gråt slør |
|
|
D. Skyer af lodret udvikling - fra det nederste til det øverste lag |
IX. Cumulus |
Køller og kupler er lyse hvide med afrevne kanter i vinden |
|
X. Cumulonimbus |
Kraftige cumulusformede masser af mørk blyfarve |
Atmosfærisk beskyttelse
De vigtigste kilder er industrivirksomheder og biler. I store byer er problemet med gasforurening på de vigtigste transportruter meget akut. Det er grunden til, at mange store byer rundt om i verden, inklusive vores land, har indført miljøkontrol af toksiciteten af køretøjers udstødningsgasser. Ifølge eksperter kan røg og støv i luften reducere tilførslen af solenergi til jordens overflade med det halve, hvilket vil føre til en ændring af de naturlige forhold.