Карактеристики на горните слоеви на атмосферата. Атмосфера

10,045×10 3 J/(kg*K) (во температурен опсег од 0-100°C), C v 8,3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C). Растворливоста на воздухот во вода на 0°C е 0,036%, на 25°C - 0,22%.

Атмосферски состав

Историја на атмосферско формирање

Рана историја

Во моментов, науката не може да ги следи сите фази на формирањето на Земјата со стопроцентна точност. Според најчестата теорија, атмосферата на Земјата со текот на времето имала четири различни состави. Првично, тој се состоеше од лесни гасови (водород и хелиум) заробени од меѓупланетарниот простор. Ова е т.н примарна атмосфера. Во следната фаза, активната вулканска активност доведе до заситеност на атмосферата со други гасови освен водород (јаглеводороди, амонијак, водена пареа). Така се формираше секундарна атмосфера. Оваа атмосфера беше ресторативна. Понатаму, процесот на формирање на атмосферата беше одреден од следниве фактори:

постојано истекување на водород во меѓупланетарниот простор;
хемиски реакции кои се случуваат во атмосферата под влијание на ултравиолетово зрачење, молњски празнења и некои други фактори.

Постепено овие фактори доведоа до формирање терцијарна атмосфера, се карактеризира со многу пониска содржина на водород и многу поголема содржина на азот и јаглерод диоксид (формирани како резултат на хемиски реакции од амонијак и јаглеводороди).

Појавата на живот и кислород

Со појавата на живи организми на Земјата како резултат на фотосинтезата, придружена со ослободување на кислород и апсорпција на јаглерод диоксид, составот на атмосферата почна да се менува. Меѓутоа, постојат податоци (анализа на изотопскиот состав на атмосферскиот кислород и оној ослободен за време на фотосинтезата) кои укажуваат на геолошкото потекло на кислородот во атмосферата.

Првично, кислородот се трошеше за оксидација на редуцираните соединенија - јаглеводороди, железен облик на железо содржан во океаните итн. На крајот на оваа фаза, содржината на кислород во атмосферата почна да се зголемува.

Во 1990-тите беа спроведени експерименти за да се создаде затворен еколошки систем („Биосфера 2“), при што не беше можно да се создаде стабилен систем со униформен воздушен состав. Влијанието на микроорганизмите доведе до намалување на нивото на кислород и зголемување на количината на јаглерод диоксид.

Азот

Формирањето на големо количество N 2 се должи на оксидацијата на примарната атмосфера на амонијак-водород со молекуларна O 2, која почнала да доаѓа од површината на планетата како резултат на фотосинтеза, наводно пред околу 3 милијарди години (според според друга верзија, атмосферскиот кислород е од геолошко потекло). Азотот се оксидира до NO во горниот дел од атмосферата, се користи во индустријата и се врзува со бактерии кои го фиксираат азот, додека N2 се ослободува во атмосферата како резултат на денитрификација на нитрати и други соединенија што содржат азот.

Азотот N 2 е инертен гас и реагира само под специфични услови (на пример, за време на празнење на гром). Цијанобактериите и некои бактерии (на пример, јазли бактерии кои формираат ризобијална симбиоза со мешунките) можат да ја оксидираат и да ја претворат во биолошка форма.

Оксидацијата на молекуларниот азот со електрични празнења се користи во индустриското производство на азотни ѓубрива, а исто така доведе до формирање на уникатни наслаги на нитрати во чилеанската пустина Атакама.

Благородни гасови

Согорувањето на горивото е главниот извор на загадувачки гасови (CO, NO, SO2). Сулфур диоксидот се оксидира со воздух O 2 до SO 3 во горните слоеви на атмосферата, кој е во интеракција со пареите H 2 O и NH 3, а добиените H 2 SO 4 и (NH 4) 2 SO 4 се враќаат на површината на Земјата заедно со врнежите. Употребата на мотори со внатрешно согорување доведува до значително атмосферско загадување со азотни оксиди, јаглеводороди и соединенија на Pb.

Аеросолското загадување на атмосферата е предизвикано и од природни причини (вулкански ерупции, бури од прашина, пренесување на капки морска вода и честички од растителен полен, итн.) и човечки економски активности (ископување руди и градежни материјали, согорување гориво, правење цемент итн. .) . Интензивното големо ослободување на честички во атмосферата е една од можните причини за климатските промени на планетата.

Структурата на атмосферата и карактеристиките на поединечните школки

Физичката состојба на атмосферата е одредена од времето и климата. Основни параметри на атмосферата: густина на воздухот, притисок, температура и состав. Како што се зголемува надморската височина, густината на воздухот и атмосферскиот притисок се намалуваат. Температурата исто така се менува со промената на надморската височина. Вертикалната структура на атмосферата се карактеризира со различни температурни и електрични својства и различни воздушни услови. Во зависност од температурата во атмосферата, се разликуваат следните главни слоеви: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, егзосфера (сфера на расејување). Преодните региони на атмосферата помеѓу соседните школки се нарекуваат соодветно тропопауза, стратопауза итн.

Тропосфера

Стратосфера

Во стратосферата, најголемиот дел од краткиот дел од ултравиолетовото зрачење (180-200 nm) се задржува и енергијата на кратките бранови се трансформира. Под влијание на овие зраци, магнетните полиња се менуваат, молекулите се распаѓаат, се јавува јонизација и се јавува ново формирање на гасови и други хемиски соединенија. Овие процеси може да се забележат во форма на северни светла, молњи и други светлини.

Во стратосферата и повисоките слоеви, под влијание на сончевото зрачење, молекулите на гасот се дисоцираат во атоми (над 80 km CO 2 и H 2 дисоцираат, над 150 km - O 2, над 300 km - H 2). На надморска височина од 100-400 km, јонизација на гасовите се јавува и во јоносферата; на надморска височина од 320 km, концентрацијата на наелектризираните честички (O + 2, O − 2, N + 2) е ~ 1/300 од концентрација на неутрални честички. Во горните слоеви на атмосферата има слободни радикали - OH, HO 2 итн.

Во стратосферата речиси и да нема водена пареа.

Мезосфера

До надморска височина од 100 km, атмосферата е хомогена, добро измешана мешавина на гасови. Во повисоките слоеви, распределбата на гасовите по висина зависи од нивната молекуларна тежина; концентрацијата на потешките гасови се намалува побрзо со оддалеченоста од површината на Земјата. Поради намалувањето на густината на гасот, температурата паѓа од 0°C во стратосферата на -110°C во мезосферата. Сепак, кинетичката енергија на поединечни честички на надморска височина од 200-250 km одговара на температура од ~1500°C. Над 200 km се забележуваат значителни флуктуации на температурата и густината на гасот во времето и просторот.

На надморска височина од околу 2000-3000 km, егзосферата постепено се претвора во таканаречениот блиску вселенски вакуум, кој е исполнет со многу ретки честички на меѓупланетарен гас, главно водородни атоми. Но, овој гас претставува само дел од меѓупланетарната материја. Другиот дел се состои од честички прашина од кометарно и метеорско потекло. Покрај овие исклучително ретки честички, во овој простор продира и електромагнетно и корпускуларно зрачење од сончево и галактичко потекло.

Тропосферата сочинува околу 80% од масата на атмосферата, стратосферата - околу 20%; масата на мезосферата не е поголема од 0,3%, термосферата е помала од 0,05% од вкупната маса на атмосферата. Врз основа на електричните својства во атмосферата, се разликуваат неутроносферата и јоносферата. Во моментов се верува дека атмосферата се протега на надморска височина од 2000-3000 km.

Во зависност од составот на гасот во атмосферата, тие испуштаат хомосфераИ хетеросфера. Хетеросфера- Ова е областа каде гравитацијата влијае на одвојувањето на гасовите, бидејќи нивното мешање на таква надморска височина е занемарливо. Ова подразбира променлив состав на хетеросферата. Под него се наоѓа добро измешан, хомоген дел од атмосферата наречен хомосфера. Границата меѓу овие слоеви се нарекува турбопауза, таа лежи на надморска височина од околу 120 км.

Атмосферски својства

Веќе на надморска височина од 5 km надморска височина, необучено лице почнува да доживува кислородно гладување и без адаптација, перформансите на една личност значително се намалуваат. Тука завршува физиолошката зона на атмосферата. Човечкото дишење станува невозможно на надморска височина од 15 km, иако до приближно 115 km атмосферата содржи кислород.

Атмосферата нè снабдува со кислород неопходен за дишење. Меѓутоа, поради падот на вкупниот притисок на атмосферата, како што се искачувате на надморска височина, парцијалниот притисок на кислородот соодветно се намалува.

Човечките бели дробови постојано содржат околу 3 литри алвеоларен воздух. Парцијалниот притисок на кислородот во алвеоларниот воздух при нормален атмосферски притисок е 110 mmHg. Уметност, притисок на јаглерод диоксид - 40 mm Hg. Арт., и водена пареа -47 mm Hg. чл. Со зголемување на надморската височина, притисокот на кислородот опаѓа, а вкупниот парен притисок на водата и јаглерод диоксидот во белите дробови останува речиси константен - околу 87 mm Hg. чл. Снабдувањето на кислород до белите дробови целосно ќе престане кога притисокот на амбиенталниот воздух ќе стане еднаков на оваа вредност.

На надморска височина од околу 19-20 km, атмосферскиот притисок паѓа на 47 mm Hg. чл. Затоа, на оваа надморска височина, водата и интерстицијалната течност почнуваат да врие во човечкото тело. Надвор од кабината под притисок на овие височини, смртта настанува речиси веднаш. Така, од гледна точка на човечката физиологија, „просторот“ започнува веќе на надморска височина од 15-19 км.

Густите слоеви на воздух - тропосферата и стратосферата - не штитат од штетните ефекти на зрачењето. Со доволно рефлексија на воздухот, на надморска височина од повеќе од 36 km, јонизирачкото зрачење - примарни космички зраци - има интензивен ефект врз телото; На надморска височина од повеќе од 40 километри, ултравиолетовиот дел од сончевиот спектар е опасен за луѓето.

Атмосфера (од старогрчки ἀτμός - пареа и σφαῖρα - топка) е гасна обвивка (геосфера) што ја опкружува планетата Земја. Неговата внатрешна површина ја покрива хидросферата и делумно земјината кора, додека нејзината надворешна површина се граничи со блискиот дел на вселената.

Множеството гранки на физиката и хемијата кои ја проучуваат атмосферата обично се нарекуваат атмосферска физика. Атмосферата го одредува времето на површината на Земјата, метеорологијата го проучува времето, а климатологијата се занимава со долгорочни климатски варијации.

Физички својства

Дебелината на атмосферата е приближно 120 km од површината на Земјата. Вкупната маса на воздухот во атмосферата е (5,1-5,3) 1018 kg. Од нив, масата на сув воздух е (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, вкупната маса на водена пареа е во просек 1,27 1016 kg.

Моларната маса на чист сув воздух е 28,966 g/mol, а густината на воздухот на површината на морето е приближно 1,2 kg/m3. Притисокот на 0 °C на ниво на морето е 101,325 kPa; критична температура - -140,7 °C (~132,4 K); критичен притисок - 3,7 MPa; Cp на 0 °C - 1,0048·103 J/(kg·K), Cv - 0,7159·103 J/(kg·K) (на 0 °C). Растворливост на воздухот во вода (по маса) на 0 °C - 0,0036%, на 25 °C - 0,0023%.

Следниве се прифатени како „нормални услови“ на површината на Земјата: густина 1,2 kg/m3, барометриски притисок 101,35 kPa, температура плус 20 °C и релативна влажност 50%. Овие условни индикатори имаат чисто инженерско значење.

Хемиски состав

Атмосферата на Земјата настанала како резултат на ослободување на гасови за време на вулкански ерупции. Со доаѓањето на океаните и биосферата, таа е формирана поради размена на гасови со вода, растенија, животни и производи од нивното распаѓање во почвите и мочуриштата.

Во моментов, атмосферата на Земјата се состои главно од гасови и разни нечистотии (прашина, капки вода, ледени кристали, морски соли, производи од согорување).

Концентрацијата на гасовите што ја сочинуваат атмосферата е речиси константна, со исклучок на водата (H2O) и јаглерод диоксидот (CO2).

Состав на сув воздух


Азот
Кислород
Аргон
Вода
Јаглерод диоксид
Неонски
Хелиум
Метанот
Криптон
Водород
Ксенон
Нитрооксид

Покрај гасовите наведени во табелата, атмосферата содржи SO2, NH3, CO, озон, јаглеводороди, HCl, HF, Hg пареа, I2, како и NO и многу други гасови во мали количини. Тропосферата постојано содржи голема количина на суспендирани цврсти и течни честички (аеросол).

Структурата на атмосферата

Тропосфера

Неговата горна граница е на надморска височина од 8-10 km во поларните, 10-12 km во умерените и 16-18 km во тропските широчини; пониски во зима отколку во лето. Долниот, главен слој на атмосферата содржи повеќе од 80% од вкупната маса на атмосферскиот воздух и околу 90% од целата водена пареа присутна во атмосферата. Турбуленцијата и конвекцијата се многу развиени во тропосферата, се појавуваат облаци и се развиваат циклони и антициклони. Температурата се намалува со зголемување на надморската височина со просечен вертикален наклон од 0,65°/100 m

Тропопауза

Преодниот слој од тропосферата во стратосферата, слој од атмосферата во кој престанува намалувањето на температурата со висината.

Стратосфера

Слој од атмосферата кој се наоѓа на надморска височина од 11 до 50 km. Се карактеризира со мала промена на температурата во слојот од 11-25 km (долниот слој на стратосферата) и зголемување на температурата во слојот од 25-40 km од -56,5 до 0,8 ° C (горниот слој на стратосферата или регионот на инверзија) . Откако достигна вредност од околу 273 K (речиси 0 °C) на надморска височина од околу 40 km, температурата останува константна до надморска височина од околу 55 km. Овој регион со постојана температура се нарекува стратопауза и е граница помеѓу стратосферата и мезосферата.

Стратопауза

Граничниот слој на атмосферата помеѓу стратосферата и мезосферата. Во вертикалната дистрибуција на температурата има максимум (околу 0 °C).

Мезосфера

Мезосферата започнува на надморска височина од 50 km и се протега на 80-90 km. Температурата се намалува со висината со просечен вертикален наклон од (0,25-0,3)°/100 m. Главниот енергетски процес е пренос на топлина со зрачење. Сложените фотохемиски процеси кои вклучуваат слободни радикали, вибрациски возбудени молекули итн. предизвикуваат атмосферска луминисценција.

Мезопауза

Преоден слој помеѓу мезосферата и термосферата. Има минимум во вертикалната распределба на температурата (околу -90 °C).

Карман линија

Висината над морското ниво, која е конвенционално прифатена како граница помеѓу атмосферата на Земјата и вселената. Според дефиницијата на FAI, линијата Карман се наоѓа на надморска височина од 100 km надморска височина.

Границата на атмосферата на Земјата

Термосфера

Горната граница е околу 800 км. Температурата се искачува на надморска височина од 200-300 km, каде што достигнува вредности од редот од 1500 K, по што останува речиси константна на големи надморски височини. Под влијание на ултравиолетово и сончево зрачење со рендген и космичко зрачење, се јавува јонизација на воздухот („аурори“) - главните региони на јоносферата лежат во термосферата. На надморска височина над 300 km преовладува атомскиот кислород. Горната граница на термосферата во голема мера е одредена од моменталната активност на Сонцето. За време на периоди на мала активност - на пример, во 2008-2009 година - има забележливо намалување на големината на овој слој.

Термопауза

Регионот на атмосферата во непосредна близина на термосферата. Во овој регион, апсорпцијата на сончевото зрачење е занемарлива и температурата всушност не се менува со надморската височина.

Егзосфера (сфера на расејување)

Егзосферата е дисперзивна зона, надворешниот дел на термосферата, лоцирана над 700 km. Гасот во егзосферата е многу редок, а оттука неговите честички истекуваат во меѓупланетарниот простор (дисипација).

До надморска височина од 100 km, атмосферата е хомогена, добро измешана мешавина на гасови. Во повисоките слоеви, распределбата на гасовите по висина зависи од нивната молекуларна тежина; концентрацијата на потешките гасови се намалува побрзо со оддалеченоста од површината на Земјата. Поради намалувањето на густината на гасот, температурата паѓа од 0 °C во стратосферата на -110 °C во мезосферата. Сепак, кинетичката енергија на поединечни честички на надморска височина од 200-250 km одговара на температура од ~150 °C. Над 200 km се забележуваат значителни флуктуации на температурата и густината на гасот во времето и просторот.

На надморска височина од околу 2000-3500 km, егзосферата постепено се претвора во таканаречениот близу вселенски вакуум, кој е исполнет со многу ретки честички на меѓупланетарен гас, главно водородни атоми. Но, овој гас претставува само дел од меѓупланетарната материја. Другиот дел се состои од честички прашина од кометарно и метеорско потекло. Покрај екстремно ретки честички прашина, во овој простор продира и електромагнетно и корпускуларно зрачење од сончево и галактичко потекло.

Во зависност од составот на гасот во атмосферата, се разликуваат хомосферата и хетеросферата. Хетеросферата е област каде гравитацијата влијае на одвојувањето на гасовите, бидејќи нивното мешање на таква висина е занемарливо. Ова подразбира променлив состав на хетеросферата. Под него се наоѓа добро измешан, хомоген дел од атмосферата наречен хомосфера. Границата меѓу овие слоеви се нарекува турбопауза, таа лежи на надморска височина од околу 120 km.

Други својства на атмосферата и ефекти врз човечкото тело

Веќе на надморска височина од 5 km надморска височина, необучено лице почнува да доживува кислородно гладување и без адаптација, перформансите на една личност значително се намалуваат. Тука завршува физиолошката зона на атмосферата. Човечкото дишење станува невозможно на надморска височина од 9 km, иако до приближно 115 km атмосферата содржи кислород.

Човечките бели дробови постојано содржат околу 3 литри алвеоларен воздух. Парцијалниот притисок на кислородот во алвеоларниот воздух при нормален атмосферски притисок е 110 mmHg. Уметност, притисок на јаглерод диоксид - 40 mm Hg. Уметност, и водена пареа - 47 mm Hg. чл. Со зголемување на надморската височина, притисокот на кислородот опаѓа, а вкупниот парен притисок на водата и јаглерод диоксидот во белите дробови останува речиси константен - околу 87 mm Hg. чл. Снабдувањето на кислород до белите дробови целосно ќе престане кога притисокот на амбиенталниот воздух ќе стане еднаков на оваа вредност.

Како што се издигнуваме на сè поголема висина над површината на Земјата, таквите познати феномени забележани во долните слоеви на атмосферата како што се ширењето на звукот, појавата на аеродинамичко подигање и влечење, пренос на топлина со конвекција итн. постепено слабеат, а потоа целосно исчезнуваат.

Во ретки слоеви на воздух, ширењето на звукот е невозможно. До надморска височина од 60-90 km, сè уште е можно да се користи воздушен отпор и подигање за контролиран аеродинамичен лет. Но, почнувајќи од надморска височина од 100-130 km, концептите на бројот М и звучната бариера, познати на секој пилот, го губат своето значење: таму лежи конвенционалната линија Карман, над која започнува регионот на чисто балистички лет, што може само да се контролира со помош на реактивни сили.

На надморска височина над 100 km, атмосферата е лишена од уште една извонредна особина - способност да апсорбира, спроведува и пренесува топлинска енергија со конвекција (т.е. со мешање на воздух). Тоа значи дека различните елементи на опремата на орбиталната вселенска станица нема да можат да се ладат однадвор на ист начин како што обично се прави во авион - со помош на воздушни млазници и воздушни радијатори. На оваа надморска височина, како и во вселената генерално, единствениот начин за пренос на топлина е топлинското зрачење.

Историја на атмосферско формирање

Според најчестата теорија, атмосферата на Земјата со текот на времето имала три различни состави. Првично, тој се состоеше од лесни гасови (водород и хелиум) заробени од меѓупланетарниот простор. Ова е таканаречената примарна атмосфера (пред околу четири милијарди години). Во следната фаза, активната вулканска активност доведе до заситеност на атмосферата со други гасови освен водород (јаглерод диоксид, амонијак, водена пареа). Така се формирала секундарната атмосфера (околу три милијарди години пред денес). Оваа атмосфера беше ресторативна. Понатаму, процесот на формирање на атмосферата беше одреден од следниве фактори:

истекување на лесни гасови (водород и хелиум) во меѓупланетарниот простор;
хемиски реакции кои се случуваат во атмосферата под влијание на ултравиолетово зрачење, молњски празнења и некои други фактори.

Постепено, овие фактори доведоа до формирање на терцијарна атмосфера, која се карактеризира со многу помалку водород и многу повеќе азот и јаглерод диоксид (формирани како резултат на хемиски реакции од амонијак и јаглеводороди).

Азот

Формирањето на големо количество на азот N2 се должи на оксидацијата на атмосферата на амонијак-водород со молекуларен кислород О2, кој почнал да доаѓа од површината на планетата како резултат на фотосинтезата, почнувајќи од пред 3 милијарди години. Азот N2 исто така се ослободува во атмосферата како резултат на денитрификација на нитрати и други соединенија што содржат азот. Азотот се оксидира со озон до NO во горната атмосфера.

Азот N2 реагира само под специфични услови (на пример, за време на празнење на гром). Оксидацијата на молекуларниот азот со озон за време на електрични празнења се користи во мали количини во индустриското производство на азотни ѓубрива. Цијанобактериите (сино-зелени алги) и јазли бактерии кои формираат ризобијална симбиоза со мешунките растенија, т.н., можат да ја оксидираат со мала потрошувачка на енергија и да ја претворат во биолошки активна форма. зелено ѓубриво.

Кислород

Составот на атмосферата почна радикално да се менува со појавата на живи организми на Земјата, како резултат на фотосинтезата, придружена со ослободување на кислород и апсорпција на јаглерод диоксид. Првично, кислородот се трошеше за оксидација на редуцираните соединенија - амонијак, јаглеводороди, железен облик на железо содржан во океаните итн. На крајот на оваа фаза, содржината на кислород во атмосферата почна да се зголемува. Постепено се формираше модерна атмосфера со оксидирачки својства. Бидејќи ова предизвика сериозни и нагли промени во многу процеси што се случуваат во атмосферата, литосферата и биосферата, овој настан беше наречен „Кастрофа на кислородот“.

За време на Фанерозоикот, составот на атмосферата и содржината на кислород претрпеа промени. Тие беа во корелација првенствено со стапката на таложење на органски талог. Така, за време на периоди на акумулација на јаглен, содржината на кислород во атмосферата очигледно значително го надмина модерното ниво.

Јаглерод диоксид

Содржината на CO2 во атмосферата зависи од вулканската активност и хемиските процеси во земјините обвивки, но најмногу од интензитетот на биосинтезата и распаѓањето на органската материја во биосферата на Земјата. Речиси целата сегашна биомаса на планетата (околу 2,4 1012 тони) се формира поради јаглерод диоксид, азот и водена пареа содржани во атмосферскиот воздух. Органските материи закопани во океанот, мочуриштата и шумите се претвораат во јаглен, нафта и природен гас.

Благородни гасови

Изворот на благородни гасови - аргон, хелиум и криптон - се вулкански ерупции и распаѓање на радиоактивни елементи. Земјата воопшто и атмосферата особено се исцрпени од инертни гасови во споредба со вселената. Се верува дека причината за тоа лежи во континуираното истекување на гасови во меѓупланетарниот простор.

Загадување на воздухот

Неодамна, луѓето почнаа да влијаат на еволуцијата на атмосферата. Резултатот од неговите активности беше постојано зголемување на содржината на јаглерод диоксид во атмосферата поради согорувањето на јаглеводородни горива акумулирани во претходните геолошки епохи. Огромни количества CO2 се трошат за време на фотосинтезата и се апсорбираат од светските океани. Овој гас влегува во атмосферата поради распаѓање на карбонатните карпи и органски материи од растително и животинско потекло, како и поради вулканизмот и човечката индустриска активност. Во текот на изминатите 100 години, содржината на CO2 во атмосферата се зголеми за 10%, а најголемиот дел (360 милијарди тони) доаѓа од согорување на гориво. Ако стапката на раст на согорувањето на горивото продолжи, тогаш во следните 200-300 години количината на CO2 во атмосферата ќе се удвои и може да доведе до глобални климатски промени.

Согорувањето на горивото е главниот извор на загадувачки гасови (CO, NO, SO2). Сулфур диоксидот се оксидира со атмосферски кислород до SO3, а азотен оксид до NO2 во горните слоеви на атмосферата, кои пак комуницираат со водена пареа, а добиената сулфурна киселина H2SO4 и азотна киселина HNO3 паѓаат на површината на Земјата во форма на т.н. кисел дожд. Употребата на мотори со внатрешно согорување доведува до значително атмосферско загадување со азотни оксиди, јаглеводороди и соединенија на олово (тетраетил олово) Pb(CH3CH2)4.

Аеросолското загадување на атмосферата е предизвикано и од природни причини (вулкански ерупции, бури од прашина, внесување капки морска вода и растителен полен итн.) и човечки економски активности (ископување руди и градежни материјали, согорување гориво, правење цемент итн.). ). Интензивното големо ослободување на честички во атмосферата е една од можните причини за климатските промени на планетата.

(Посетено 156 пати, 1 посета денес)

На ниво на морето 1013,25 hPa (околу 760 mmHg). Глобалната просечна температура на воздухот на површината на Земјата е 15°C, со температури кои варираат од приближно 57°C во суптропските пустини до -89°C на Антарктикот. Густината на воздухот и притисокот се намалуваат со висината според закон блиску до експоненцијална.

Структурата на атмосферата. Вертикално, атмосферата има слоевит структура, одредена главно од карактеристиките на вертикалната распределба на температурата (слика), која зависи од географската локација, сезоната, времето од денот итн. Долниот слој на атмосферата - тропосферата - се карактеризира со пад на температурата со висина (за околу 6 ° C на 1 km), неговата висина од 8-10 km во поларните ширини до 16-18 km во тропските предели. Поради брзото намалување на густината на воздухот со висина, околу 80% од вкупната маса на атмосферата се наоѓа во тропосферата. Над тропосферата се наоѓа стратосферата, слој кој генерално се карактеризира со зголемување на температурата со висината. Преодниот слој помеѓу тропосферата и стратосферата се нарекува тропопауза. Во долната стратосфера, до ниво од околу 20 km, температурата малку се менува со висината (т.н. изотермна област) и честопати дури и благо се намалува. Згора на тоа, температурата се зголемува поради апсорпцијата на УВ зрачењето од Сонцето од озонот, на почетокот бавно и побрзо од ниво од 34-36 km. Горната граница на стратосферата - стратопаузата - се наоѓа на надморска височина од 50-55 km, што одговара на максималната температура (260-270 K). Слојот на атмосферата сместен на надморска височина од 55-85 km, каде што температурата повторно опаѓа со висината, се нарекува мезосфера; на нејзината горна граница - мезопаузата - температурата достигнува 150-160 K во лето, а 200-230 K во зима Над мезопаузата започнува термосферата - слој кој се карактеризира со брзо зголемување на температурата, достигнувајќи 800-1200 K на надморска височина од 250 km. Во термосферата, корпускуларното и рендгенското зрачење од Сонцето се апсорбира, метеорите се забавуваат и изгоруваат, па делува како заштитен слој на Земјата. Уште повисока е егзосферата, од каде што атмосферските гасови се дисперзираат во вселената поради дисипација и каде што се случува постепен премин од атмосферата во меѓупланетарен простор.

Атмосферски состав. До надморска височина од околу 100 km, атмосферата е речиси хомогена по хемиски состав и просечната молекуларна тежина на воздухот (околу 29) е константна. Во близина на површината на Земјата, атмосферата се состои од азот (околу 78,1% по волумен) и кислород (околу 20,9%), а исто така содржи мали количини на аргон, јаглерод диоксид (јаглерод диоксид), неон и други постојани и променливи компоненти (види Воздух ).

Покрај тоа, атмосферата содржи мали количини на озон, азотни оксиди, амонијак, радон итн. Релативната содржина на главните компоненти на воздухот е константна со текот на времето и униформа во различни географски области. Содржината на водена пареа и озон е променлива во просторот и времето; И покрај нивната мала содржина, нивната улога во атмосферските процеси е многу значајна.

Над 100-110 km се јавува дисоцијација на молекулите на кислород, јаглерод диоксид и водена пареа, па така молекуларната маса на воздухот се намалува. На надморска височина од околу 1000 km почнуваат да преовладуваат лесни гасови - хелиум и водород, а уште повисоко Земјината атмосфера постепено се претвора во меѓупланетарен гас.

Најважната променлива компонента на атмосферата е водената пареа, која влегува во атмосферата преку испарување од површината на водата и влажната почва, како и преку транспирација од растенијата. Релативната содржина на водена пареа варира на површината на земјата од 2,6% во тропските предели до 0,2% во поларните географски широчини. Брзо паѓа со висина, намалувајќи се за половина веќе на надморска височина од 1,5-2 км. Вертикалната колона на атмосферата на умерените географски широчини содржи околу 1,7 см „слој на таложена вода“. Кога водената пареа се кондензира, се формираат облаци, од кои атмосферските врнежи паѓаат во форма на дожд, град и снег.

Важна компонента на атмосферскиот воздух е озонот, концентриран 90% во стратосферата (помеѓу 10 и 50 km), околу 10% од него е во тропосферата. Озонот обезбедува апсорпција на тврдото УВ зрачење (со бранова должина помала од 290 nm), а тоа е неговата заштитна улога за биосферата. Вредностите на вкупната содржина на озон варираат во зависност од географската ширина и сезоната во опсег од 0,22 до 0,45 cm (дебелината на озонската обвивка при притисок p = 1 atm и температура T = 0 ° C). Во озонските дупки забележани во пролетта на Антарктикот од раните 1980-ти, содржината на озон може да падне на 0,07 см. Се зголемува од екваторот до половите и има годишен циклус со максимум во пролет и минимум во есен, а амплитудата на годишниот циклус е мал во тропските предели и расте кон високи географски широчини. Значајна променлива компонента на атмосферата е јаглеродниот диоксид, чија содржина во атмосферата е зголемена за 35% во текот на изминатите 200 години, што главно се објаснува со антропогениот фактор. Забележана е неговата географска и сезонска варијабилност, поврзана со фотосинтезата на растенијата и растворливоста во морската вода (според законот на Хенри, растворливоста на гасот во вода се намалува со зголемување на температурата).

Важна улога во обликувањето на климата на планетата игра атмосферскиот аеросол - цврсти и течни честички суспендирани во воздухот со големина од неколку nm до десетици микрони. Постојат аеросоли од природно и антропогено потекло. Аеросолот се формира во процесот на гаснофазни реакции од производите на растителниот свет и човековата економска активност, вулканските ерупции, како резултат на прашината што се издига од ветрот од површината на планетата, особено од нејзините пустински региони, а исто така е формирана од космичка прашина која паѓа во горните слоеви на атмосферата. Поголемиот дел од аеросолот е концентриран во тропосферата; аеросолот од вулкански ерупции го формира таканаречениот Junge слој на надморска височина од околу 20 km. Најголемо количество антропоген аеросол влегува во атмосферата како резултат на работата на возилата и термоцентралите, производството на хемикалии, согорувањето на горивото итн. Затоа, во некои области составот на атмосферата е значително различен од обичниот воздух, што бараше создавање на посебна служба за набљудување и следење на нивото на загаденост на атмосферскиот воздух.

Еволуција на атмосферата. Модерната атмосфера е очигледно од секундарно потекло: таа е формирана од гасови ослободени од цврстата обвивка на Земјата по завршувањето на формирањето на планетата пред околу 4,5 милијарди години. Во текот на геолошката историја на Земјата, атмосферата претрпе значителни промени во нејзиниот состав под влијание на голем број фактори: дисипација (испарување) на гасови, главно полесни, во вселената; ослободување на гасови од литосферата како резултат на вулканска активност; хемиски реакции помеѓу компонентите на атмосферата и карпите што ја сочинуваат земјината кора; фотохемиски реакции во самата атмосфера под влијание на сончевото УВ зрачење; акреција (фаќање) на материја од меѓупланетарната средина (на пример, метеорска материја). Развојот на атмосферата е тесно поврзан со геолошките и геохемиските процеси, а во последните 3-4 милијарди години и со активноста на биосферата. Значителен дел од гасовите што ја сочинуваат модерната атмосфера (азот, јаглерод диоксид, водена пареа) настанале при вулканска активност и упад, што ги носело од длабочините на Земјата. Кислородот се појавил во значителни количини пред околу 2 милијарди години како резултат на фотосинтетичките организми кои првично се појавиле во површинските води на океанот.

Врз основа на податоците за хемискиот состав на карбонатните наоѓалишта, добиени се проценки за количеството на јаглерод диоксид и кислород во атмосферата од геолошкото минато. Во текот на Фанерозоикот (последните 570 милиони години од историјата на Земјата), количината на јаглерод диоксид во атмосферата варираше во голема мера во зависност од нивото на вулканска активност, температурата на океаните и брзината на фотосинтеза. Во поголемиот дел од овој период, концентрацијата на јаглерод диоксид во атмосферата беше значително повисока од денес (до 10 пати). Количината на кислород во фанрозојската атмосфера значително се промени, со преовладува тренд кон негово зголемување. Во прекамбриската атмосфера, масата на јаглерод диоксид беше, по правило, поголема, а масата на кислород беше помала во споредба со атмосферата Фанерозојска. Флуктуациите во количеството на јаглерод диоксид имаа значително влијание врз климата во минатото, зголемувајќи го ефектот на стаклена градина со зголемување на концентрациите на јаглерод диоксид, правејќи ја климата многу потопла во главниот дел на Фанерозоикот во споредба со модерната ера.

Атмосфера и живот. Без атмосфера, Земјата би била мртва планета. Органскиот живот се јавува во тесна интеракција со атмосферата и поврзаната клима и времето. Незначителна по маса во споредба со планетата како целина (околу дел во милион), атмосферата е неопходен услов за сите форми на живот. Најважните од атмосферските гасови за животот на организмите се кислородот, азот, водена пареа, јаглерод диоксид и озон. Кога јаглеродниот диоксид се апсорбира од растенијата со фотосинтетика, се создава органска материја, која се користи како извор на енергија од огромното мнозинство живи суштества, вклучително и луѓето. Кислородот е неопходен за постоење на аеробни организми, за кои протокот на енергија се обезбедува со реакции на оксидација на органската материја. Азот, асимилиран од некои микроорганизми (азотни фиксатори), е неопходен за минералната исхрана на растенијата. Озонот, кој го апсорбира тврдото УВ зрачење од Сонцето, значително го ослабува овој дел од сончевото зрачење штетен за животот. Кондензацијата на водена пареа во атмосферата, формирањето на облаци и последователните врнежи го снабдуваат копното со вода, без која не е можна ниту една форма на живот. Виталната активност на организмите во хидросферата во голема мера е одредена од количината и хемискиот состав на атмосферските гасови растворени во вода. Бидејќи хемискиот состав на атмосферата значително зависи од активностите на организмите, биосферата и атмосферата може да се сметаат како дел од единствен систем, чие одржување и еволуција (види Биогеохемиски циклуси) беше од големо значење за промена на составот на атмосферата низ историјата на Земјата како планета.

Радијација, топлина и водена рамнотежа на атмосферата. Сончевото зрачење е практично единствениот извор на енергија за сите физички процеси во атмосферата. Главната карактеристика на режимот на зрачење на атмосферата е таканаречениот ефект на стаклена градина: атмосферата доста добро го пренесува сончевото зрачење на површината на земјата, но активно апсорбира топлинско долгобрано зрачење од површината на земјата, од кое дел се враќа на површината. во форма на контра зрачење, компензирајќи ја радијативната загуба на топлина од површината на земјата (види Атмосферско зрачење ). Во отсуство на атмосфера, просечната температура на површината на земјата би била -18°C, но во реалноста таа е 15°C. Влезното сончево зрачење делумно (околу 20%) се апсорбира во атмосферата (главно од водена пареа, капки вода, јаглерод диоксид, озон и аеросоли), а исто така се распрснува (околу 7%) од честички на аеросол и флуктуации на густината (Рејли расејување) . Вкупното зрачење што допира до површината на земјата делумно (околу 23%) се рефлектира од неа. Коефициентот на рефлексија се одредува според рефлексивноста на основната површина, таканареченото албедо. Во просек, албедото на Земјата за интегралниот флукс на сончевото зрачење е близу 30%. Таа варира од неколку проценти (сува почва и црна почва) до 70-90% за свежо паднатиот снег. Радијативната размена на топлина помеѓу земјината површина и атмосферата значително зависи од албедото и се определува од ефективното зрачење на земјината површина и противзрачењето на атмосферата апсорбирана од неа. Алгебарскиот збир на флукс на зрачење кои влегуваат во земјината атмосфера од вселената и ја оставаат назад се нарекува радијациона рамнотежа.

Трансформациите на сончевото зрачење по неговата апсорпција од атмосферата и земјината површина го одредуваат топлинскиот баланс на Земјата како планета. Главниот извор на топлина за атмосферата е површината на земјата; топлината од него се пренесува не само во форма на зрачење со долг бран, туку и со конвекција, а исто така се ослободува при кондензација на водена пареа. Уделите на овие топлински приливи се во просек 20%, 7% и 23%, соодветно. Овде се додава и околу 20% од топлината поради апсорпцијата на директно сончево зрачење. Флуксот на сончевото зрачење по единица време низ една област нормално на сончевите зраци и лоцирана надвор од атмосферата на просечно растојание од Земјата до Сонцето (т.н. сончева константа) е еднаков на 1367 W/m2, промените се 1-2 W/m2 во зависност од циклусот на сончевата активност. Со планетарно албедо од околу 30%, просечниот временски глобален прилив на сончева енергија на планетата е 239 W/m2. Бидејќи Земјата како планета емитира во просек иста количина на енергија во вселената, тогаш, според законот Стефан-Болцман, ефективната температура на појдовното топлинско зрачење со долг бран е 255 K (-18 ° C). Во исто време, просечната температура на површината на земјата е 15°C. Разликата од 33°C се должи на ефектот на стаклена градина.

Водениот биланс на атмосферата генерално одговара на еднаквоста на количината на влага испарувана од површината на Земјата и количината на врнежите што паѓаат на површината на Земјата. Атмосферата над океаните добива повеќе влага од процесите на испарување отколку над копното и губи 90% во форма на врнежи. Вишокот на водена пареа преку океаните се транспортира до континентите со воздушни струи. Количината на водена пареа пренесена во атмосферата од океаните на континентите е еднаква на волуменот на реките што се влеваат во океаните.

Движење на воздухот. Земјата е сферична, па многу помалку сончево зрачење ги достигнува високите географски широчини отколку тропските предели. Како резултат на тоа, се појавуваат големи температурни контрасти помеѓу географските широчини. Распределбата на температурата е исто така значително под влијание на релативната положба на океаните и континентите. Поради големата маса на океанските води и високиот топлински капацитет на водата, сезонските флуктуации на температурата на површината на океанот се многу помали отколку на копното. Во овој поглед, во средните и високите географски широчини, температурата на воздухот над океаните во лето е значително пониска отколку над континентите, а повисока во зима.

Нерамномерното загревање на атмосферата во различни региони на земјината топка предизвикува просторно нехомогена дистрибуција на атмосферскиот притисок. На ниво на морето, распределбата на притисокот се карактеризира со релативно ниски вредности во близина на екваторот, се зголемува во суптропиите (појаси со висок притисок) и се намалува во средните и високите географски широчини. Во исто време, над континентите на екстратропски географски широчини, притисокот обично се зголемува во зима и се намалува во лето, што е поврзано со дистрибуцијата на температурата. Под влијание на градиент на притисок, воздухот доживува забрзување насочено од области со висок притисок до области со низок притисок, што доведува до движење на воздушните маси. На подвижните воздушни маси влијае и силата на отклонување на Земјината ротација (сила Кориолис), силата на триење, која се намалува со висината и, за заоблените траектории, центрифугалната сила. Турбулентното мешање на воздухот е од големо значење (види Турбуленција во атмосферата).

Комплексен систем на воздушни струи (општа атмосферска циркулација) е поврзан со распределбата на планетарниот притисок. Во меридијалната рамнина, во просек, може да се следат две или три меридијални циркулациони ќелии. Во близина на екваторот, загреаниот воздух се крева и паѓа во суптропските предели, формирајќи Хедлиева клетка. Воздухот на обратната Ферелова ќелија исто така се спушта таму. На високи географски широчини, често е видлива права поларна ќелија. Брзините на меридијалната циркулација се од редот на 1 m/s или помалку. Поради Кориолисовата сила, во поголемиот дел од атмосферата се забележани западни ветрови со брзина во средната тропосфера од околу 15 m/s. Постојат релативно стабилни ветерни системи. Тие вклучуваат трговски ветрови - ветрови што дуваат од зони со висок притисок во суптропските предели до екваторот со забележлива источна компонента (од исток кон запад). Монсуните се прилично стабилни - воздушни струи кои имаат јасно дефиниран сезонски карактер: тие дуваат од океанот до копното во лето и во спротивна насока во зима. Монсуните во Индискиот Океан се особено редовни. Во средните географски широчини, движењето на воздушните маси е главно западно (од запад кон исток). Ова е зона на атмосферски фронтови на кои се појавуваат големи вртлози - циклони и антициклони, кои покриваат многу стотици, па дури и илјадници километри. Циклоните се јавуваат и во тропските предели; Овде тие се разликуваат по нивните помали димензии, но многу големи брзини на ветерот, достигнувајќи ураганска сила (33 m/s или повеќе), таканаречените тропски циклони. Во Атлантскиот и источниот Тихи Океан тие се нарекуваат урагани, а во западниот дел на Тихиот Океан се нарекуваат тајфуни. Во горната тропосфера и долната стратосфера, во областите што ја одвојуваат директната меридијална циркулациона ќелија на Хедли и обратната Ферелова ќелија, често се забележуваат релативно тесни, широки стотици километри, млазни потоци со остро дефинирани граници, во кои ветерот достигнува 100-150 па дури и 200 m/ Со.

Климата и времето. Разликата во количината на сончево зрачење што пристигнува на различни географски широчини до површината на земјата, која е различна во нејзините физички својства, ја одредува различноста на климите на Земјата. Од екваторот до тропските географски широчини, температурата на воздухот на површината на земјата е во просек од 25-30°C и малку варира во текот на годината. Во екваторијалниот појас обично има многу врнежи, што создава услови на вишок на влага таму. Во тропските зони врнежите се намалуваат, а во некои области стануваат многу ниски. Еве ги огромните пустини на Земјата.

Во суптропските и средните географски широчини, температурата на воздухот значително варира во текот на годината, а разликата помеѓу летните и зимските температури е особено голема во областите на континентите далеку од океаните. Така, во некои области на Источен Сибир, годишниот температурен опсег на воздухот достигнува 65°C. Условите за навлажнување во овие географски широчини се многу разновидни, главно зависат од режимот на општата атмосферска циркулација и значително се разликуваат од година во година.

Во поларните географски широчини, температурата останува ниска во текот на годината, дури и ако има забележителни сезонски варијации. Ова придонесува за широко распространета ледена покривка на океаните и копното и вечниот мраз, кои заземаат над 65% од нејзината површина во Русија, главно во Сибир.

Во текот на изминатите децении, промените во глобалната клима станаа сè позабележителни. Температурите се зголемуваат повеќе на големи географски широчини отколку на ниски географски широчини; повеќе во зима отколку во лето; повеќе ноќе отколку во текот на денот. Во текот на 20 век, просечната годишна температура на воздухот на површината на земјата во Русија се зголемила за 1,5-2°C, а во некои области на Сибир е забележано зголемување од неколку степени. Ова е поврзано со зголемување на ефектот на стаклена градина поради зголемување на концентрацијата на гасови во трагови.

Времето се одредува според условите на атмосферската циркулација и географската локација на областа, најстабилно е во тропските предели и најпроменливо на средните и високите географски широчини. Времето најмногу се менува во зоните на променливи воздушни маси предизвикани од минување на атмосферски фронтови, циклони и антициклони кои носат врнежи и зголемен ветер. Податоците за временската прогноза се собираат на метеоролошки станици на земја, бродови и авиони и од метеоролошки сателити. Видете исто така Метеорологија.

Оптички, акустични и електрични феномени во атмосферата. Кога електромагнетното зрачење се шири во атмосферата, како резултат на прекршување, апсорпција и расејување на светлината со воздух и разни честички (аеросол, ледени кристали, капки вода), се јавуваат различни оптички феномени: виножита, круни, ореол, фатаморгана итн. расејувањето на светлината ја одредува привидната висина на сводот на небото и сината боја на небото. Опсегот на видливост на објектите се одредува според условите на ширење на светлината во атмосферата (види Атмосферска видливост). Транспарентноста на атмосферата на различни бранови должини го одредува опсегот на комуникација и способноста за откривање објекти со инструменти, вклучувајќи ја и можноста за астрономски набљудувања од површината на Земјата. За проучување на оптичките нехомогености на стратосферата и мезосферата, феноменот на самракот игра важна улога. На пример, фотографирањето на самракот од вселенското летало овозможува откривање на слоевите на аеросол. Карактеристиките на ширењето на електромагнетното зрачење во атмосферата ја одредуваат точноста на методите за далечинско согледување на неговите параметри. Сите овие прашања, како и многу други, ги проучува атмосферската оптика. Прекршувањето и расејувањето на радио брановите ги одредуваат можностите за радио прием (види Пропагирање на радио бранови).

Ширењето на звукот во атмосферата зависи од просторната распределба на температурата и брзината на ветерот (види Атмосферска акустика). Тоа е од интерес за атмосферско сензорирање со далечински методи. Експлозиите на полнеж лансирани од ракети во горниот дел на атмосферата дадоа богати информации за системите на ветер и температурните варијации во стратосферата и мезосферата. Во стабилно стратификувана атмосфера, кога температурата се намалува со висина побавно од адијабатскиот градиент (9,8 K/km), се јавуваат таканаречените внатрешни бранови. Овие бранови можат да се шират нагоре во стратосферата, па дури и во мезосферата, каде што слабеат, придонесувајќи за зголемени ветрови и турбуленции.

Негативното полнење на Земјата и добиеното електрично поле, атмосферата, заедно со електрично наелектризираните јоносфера и магнетосфера, создаваат глобално електрично коло. Во ова важна улога игра формирањето на облаци и електрична енергија од бура. Опасноста од испуштање на гром наложи развој на методи за заштита од гром за згради, конструкции, далноводи и комуникации. Овој феномен претставува особена опасност за авијацијата. Празнењата од молња предизвикуваат атмосферски радио пречки, наречени атмосфери (види „Свиркачка атмосфера“). При нагло зголемување на јачината на електричното поле, се забележуваат светлечки празнења кои се појавуваат на врвовите и острите агли на предметите што штрчат над површината на земјата, на одделни врвови во планините итн. (Елма светла). Атмосферата секогаш содржи многу различно количество на лесни и тешки јони, во зависност од специфичните услови, кои ја одредуваат електричната спроводливост на атмосферата. Главните јонизатори на воздухот во близина на површината на земјата се зрачењето од радиоактивни материи содржани во земјината кора и атмосферата, како и космичките зраци. Видете исто Атмосферски електрицитет.

Човековото влијание врз атмосферата.Во текот на изминатите векови, имаше зголемување на концентрацијата на стакленички гасови во атмосферата поради човечките економски активности. Процентот на јаглерод диоксид се зголеми од 2,8-10 2 пред двесте години на 3,8-10 2 во 2005 година, содржината на метан - од 0,7-10 1 пред приближно 300-400 години на 1,8-10 -4 на почетокот на 21-ви век; околу 20% од зголемувањето на ефектот на стаклена градина во текот на минатиот век доаѓа од фреони, кои практично не биле во атмосферата до средината на 20 век. Овие супстанции се препознаени како стратосферски осиромашувачи на озонот, а нивното производство е забрането со Монтреалскиот протокол од 1987 година. Зголемувањето на концентрацијата на јаглерод диоксид во атмосферата е предизвикано од согорувањето на сè поголеми количества јаглен, нафта, гас и други видови јаглеродни горива, како и расчистување на шумите, како резултат на што апсорпцијата на јаглерод диоксидот преку фотосинтезата се намалува. Концентрацијата на метанот се зголемува со зголемување на производството на нафта и гас (поради неговите загуби), како и со ширењето на оризовите култури и зголемувањето на бројот на добиток. Сето ова придонесува за затоплување на климата.

За да се промени времето, развиени се методи за активно влијание на атмосферските процеси. Тие се користат за заштита на земјоделските растенија од град со дисперзија на специјални реагенси во грмотевици. Исто така, постојат методи за растурање магла на аеродромите, заштита на растенијата од мраз, влијание врз облаците за да се зголемат врнежите во посакуваните области или за растурање на облаците за време на јавни настани.

Проучување на атмосферата. Информациите за физичките процеси во атмосферата се добиваат првенствено од метеоролошките набљудувања, кои се спроведуваат од глобална мрежа на постојано оперативни метеоролошки станици и места лоцирани на сите континенти и на многу острови. Дневните набљудувања даваат информации за температурата и влажноста на воздухот, атмосферскиот притисок и врнежите, облачноста, ветерот итн. Набљудувањата на сончевото зрачење и неговите трансформации се вршат на актинометриските станици. Од големо значење за проучување на атмосферата се мрежите на аеролошки станици, на кои метеоролошките мерења се вршат до надморска височина од 30-35 km со помош на радиозонди. На голем број станици се вршат набљудувања на атмосферскиот озон, електричните феномени во атмосферата и хемискиот состав на воздухот.

Податоците од копнените станици се дополнети со набљудувања на океаните, каде што оперираат „метеоролошки бродови“, постојано лоцирани во одредени области на Светскиот океан, како и метеоролошки информации добиени од истражувања и други бродови.

Во последниве децении, сè повеќе информации за атмосферата се добиваат со помош на метеоролошки сателити, кои носат инструменти за фотографирање облаци и мерење на флуксот на ултравиолетово, инфрацрвено и микробрано зрачење од Сонцето. Сателитите овозможуваат да се добијат информации за вертикалните профили на температурата, облачноста и неговото снабдување со вода, елементите на радијациската рамнотежа на атмосферата, температурата на површината на океанот итн. можно е да се одредат вертикални профили на густина, притисок и температура, како и содржина на влага во атмосферата. Со помош на сателити, стана возможно да се разјасни вредноста на соларната константа и планетарното албедо на Земјата, да се изградат мапи на радијациската рамнотежа на системот Земја-атмосфера, да се измери содржината и варијабилноста на малите атмосферски загадувачи и да се реши многу други проблеми на атмосферската физика и мониторингот на животната средина.

Лит.: Будико М.И. Климата во минатото и иднината. Л., 1980; Matveev L. T. Курс по општа метеорологија. Атмосферска физика. 2-ри изд. Л., 1984; Будико М.И., Ронов А.Б., Јаншин А.Л. Историја на атмосферата. Л., 1985; Khrgian A. Kh. Атмосферска физика. М., 1986; Атмосфера: Директориум. Л., 1991; Khromov S.P., Petrosyants M.A. Метеорологија и климатологија. 5-ти ед. М., 2001 година.

Г.С. Голицин, Н.А.Заицева.

Светот околу нас е формиран од три многу различни делови: земја, вода и воздух. Секој од нив е уникатен и интересен на свој начин. Сега ќе зборуваме само за последниот од нив. Што е атмосфера? Како дојде до тоа? Од што се состои и на кои делови е поделена? Сите овие прашања се исклучително интересни.

Самото име „атмосфера“ е формирано од два збора од грчко потекло, преведени на руски, тие значат „пареа“ и „топка“. И ако ја погледнете точната дефиниција, можете да го прочитате следново: „Атмосферата е воздушна обвивка на планетата Земја, која ита заедно со неа во вселената“. Се развиваше паралелно со геолошките и геохемиските процеси што се случуваа на планетата. И денес сите процеси што се случуваат во живите организми зависат од тоа. Без атмосфера, планетата би станала безживотна пустина, како Месечината.

Од што се состои?

Прашањето каква е атмосферата и кои елементи се вклучени во неа ги интересира луѓето долго време. Главните компоненти на оваа школка биле познати веќе во 1774 година. Тие беа инсталирани од Антоан Лавоазие. Тој открил дека составот на атмосферата главно се состои од азот и кислород. Со текот на времето, неговите компоненти беа рафинирани. И сега се знае дека содржи многу други гасови, како и вода и прашина.

Ајде внимателно да погледнеме што ја сочинува Земјината атмосфера во близина на нејзината површина. Најчестиот гас е азот. Содржи нешто повеќе од 78 проценти. Но, и покрај толку голема количина, азотот е практично неактивен во воздухот.

Следниот елемент по количина и многу важен по важност е кислородот. Овој гас содржи речиси 21%, и покажува многу висока активност. Неговата специфична функција е да ја оксидира мртвата органска материја, која се распаѓа како резултат на оваа реакција.

Ниски, но важни гасови

Третиот гас кој е дел од атмосферата е аргонот. Тоа е нешто помалку од еден процент. По него доаѓаат јаглерод диоксид со неон, хелиум со метан, криптон со водород, ксенон, озон, па дури и амонијак. Но, има толку малку од нив што процентот на такви компоненти е еднаков на стотинки, илјадити и милионити. Од нив, само јаглерод диоксидот игра значајна улога, бидејќи тој е градежен материјал што им е потребен на растенијата за фотосинтеза. Неговата друга важна функција е да го блокира зрачењето и да апсорбира дел од сончевата топлина.

Друг мал, но важен гас, озонот постои за да го зароби ултравиолетовото зрачење што доаѓа од Сонцето. Благодарение на овој имот, целиот живот на планетата е сигурно заштитен. Од друга страна, озонот влијае на температурата на стратосферата. Поради фактот што го апсорбира ова зрачење, воздухот се загрева.

Постојаноста на квантитативниот состав на атмосферата се одржува со непрекинато мешање. Неговите слоеви се движат и хоризонтално и вертикално. Затоа, насекаде на земјината топка има доволно кислород и нема вишок јаглерод диоксид.

Што друго има во воздухот?

Треба да се напомене дека во воздушниот простор може да се најде пареа и прашина. Вториот се состои од полен и честички од почвата, а во градот им се придружуваат нечистотиите на цврстите емисии од издувните гасови.

Но, во атмосферата има многу вода. Под одредени услови се кондензира и се појавуваат облаци и магла. Во суштина тоа се иста работа, само првите се појавуваат високо над површината на Земјата, а последната се шири по неа. Облаците добиваат различни форми. Овој процес зависи од висината над Земјата.

Ако се формирале на 2 km над копното, тогаш се нарекуваат слоевити. Од нив паѓа дожд на земја или паѓа снег. Над нив се формираат кумулус облаци до височина од 8 km. Тие се секогаш најубави и најживописни. Тие се оние кои ги гледаат и се прашуваат како изгледаат. Доколку се појават вакви формации во следните 10 километри, тие ќе бидат многу лесни и воздушни. Името им е пердувести.

На кои слоеви е поделена атмосферата?

Иако имаат многу различни температури едни од други, многу е тешко да се каже на која специфична висина започнува еден слој, а на кој завршува другиот. Оваа поделба е многу условна и е приближна. Сепак, слоевите на атмосферата сè уште постојат и ги извршуваат своите функции.

Најнискиот дел од воздушната обвивка се нарекува тропосфера. Неговата дебелина се зголемува додека се движи од половите кон екваторот од 8 до 18 km. Ова е најтоплиот дел од атмосферата бидејќи воздухот во неа се загрева од површината на земјата. Најголем дел од водената пареа е концентрирана во тропосферата, поради што се формираат облаци, паѓаат врнежи, грмотевици и дуваат ветрови.

Следниот слој е дебел околу 40 km и се нарекува стратосфера. Ако набљудувачот се пресели во овој дел од воздухот, ќе открие дека небото станало виолетово. Ова се објаснува со малата густина на супстанцијата, која практично не ги расфрла сончевите зраци. Токму во овој слој летаат млазни авиони. Сите отворени простори се отворени за нив, бидејќи практично нема облаци. Внатре во стратосферата има слој кој се состои од големи количини на озон.

По него доаѓаат стратопаузата и мезосферата. Вториот е дебел околу 30 км. Се карактеризира со нагло намалување на густината и температурата на воздухот. На набљудувачот небото му изгледа црно. Овде можете дури и да ги гледате ѕвездите во текот на денот.

Слоеви во кои практично нема воздух

Структурата на атмосферата продолжува со слој наречен термосфера - најдолг од сите други, неговата дебелина достигнува 400 km. Овој слој се одликува со неговата огромна температура, која може да достигне 1700 °C.

Последните две сфери често се комбинираат во една и се нарекуваат јоносфера. Ова се должи на фактот дека во нив се случуваат реакции со ослободување на јони. Токму овие слоеви овозможуваат да се набљудува таков природен феномен како северната светлина.

Следните 50 километри од Земјата се распределени на егзосферата. Ова е надворешната обвивка на атмосферата. Ги распрснува воздушните честички во вселената. Во овој слој обично се движат временските сателити.

Атмосферата на Земјата завршува со магнетосферата. Таа е таа што ги засолнила повеќето вештачки сателити на планетата.

По сето она што е кажано, не треба да останат прашања за тоа каква е атмосферата. Ако се сомневате во нејзината неопходност, тие лесно може да се отфрлат.

Значењето на атмосферата

Главната функција на атмосферата е да ја заштити површината на планетата од прегревање во текот на денот и прекумерно ладење во текот на ноќта. Следната важна цел на оваа школка, која никој нема да ја оспори, е да ги снабдува сите живи суштества со кислород. Без ова тие ќе се задушат.

Повеќето метеорити согоруваат во горните слоеви, никогаш не стигнувајќи до површината на Земјата. И луѓето можат да им се восхитуваат на летечките светла, помешајќи ги со ѕвезди што паѓаат. Без атмосфера, целата Земја би била преполна со кратери. И заштитата од сончевото зрачење веќе беше дискутирана погоре.

Како човек влијае на атмосферата?

Многу негативно. Ова се должи на зголемената активност на луѓето. Главниот удел од сите негативни аспекти паѓа на индустријата и транспортот. Инаку, токму автомобилите испуштаат речиси 60% од сите загадувачи кои продираат во атмосферата. Останатите четириесет се поделени меѓу енергетиката и индустријата, како и индустриите за отстранување отпад.

Списокот на штетни материи кои секојдневно го надополнуваат воздухот е многу долг. Поради транспортот во атмосферата има: азот и сулфур, јаглерод, сина и саѓи, како и силен канцероген кој предизвикува рак на кожата - бензопирен.

Индустријата ги опфаќа следните хемиски елементи: сулфур диоксид, јаглеводороди и водород сулфид, амонијак и фенол, хлор и флуор. Ако процесот продолжи, тогаш наскоро одговорите на прашањата: „Каква е атмосферата? Од што се состои? ќе биде сосема поинаква.

Атмосфера(од грчкиот атмос - пареа и сфарија - топка) - воздушната обвивка на Земјата, ротирајќи со неа. Развојот на атмосферата беше тесно поврзан со геолошките и геохемиските процеси што се случуваат на нашата планета, како и со активностите на живите организми.

Долната граница на атмосферата се совпаѓа со површината на Земјата, бидејќи воздухот продира во најмалите пори во почвата и се раствора дури и во вода.

Горната граница на надморска височина од 2000-3000 km постепено поминува во вселената.

Благодарение на атмосферата, која содржи кислород, можен е живот на Земјата. Атмосферскиот кислород се користи во процесот на дишење на луѓето, животните и растенијата.

Да нема атмосфера, Земјата би била тивка како Месечината. На крајот на краиштата, звукот е вибрација на воздушните честички. Сината боја на небото се објаснува со фактот дека сончевите зраци, минувајќи низ атмосферата, како преку леќа, се распаѓаат во нивните составни бои. Во овој случај, зраците на сина и сина боја се најмногу расфрлани.

Атмосферата го заробува најголемиот дел од сончевото ултравиолетово зрачење, кое има штетно влијание врз живите организми. Исто така, ја задржува топлината во близина на површината на Земјата, спречувајќи ја нашата планета да се лади.

Структурата на атмосферата

Во атмосферата може да се разликуваат неколку слоеви кои се разликуваат по густина (сл. 1).

Тропосфера

Тропосфера- најнискиот слој на атмосферата, чија дебелина над половите е 8-10 km, во умерените географски широчини - 10-12 km, а над екваторот - 16-18 km.

Ориз. 1. Структурата на атмосферата на Земјата

Воздухот во тропосферата се загрева од површината на земјата, односно со копно и вода. Според тоа, температурата на воздухот во овој слој се намалува со висина во просек за 0,6 °C на секои 100 m.На горната граница на тропосферата достигнува -55 °C. Во исто време, во регионот на екваторот на горната граница на тропосферата, температурата на воздухот е -70 °C, а во регионот на Северниот пол -65 °C.

Околу 80% од масата на атмосферата е концентрирана во тропосферата, се наоѓа речиси целата водена пареа, се јавуваат грмотевици, бури, облаци и врнежи, а се јавува вертикално (конвекција) и хоризонтално (ветер) движење на воздухот.

Можеме да кажеме дека времето главно се формира во тропосферата.

Стратосфера

Стратосфера- слој од атмосферата сместен над тропосферата на надморска височина од 8 до 50 km. Бојата на небото во овој слој изгледа виолетова, што се објаснува со тенкоста на воздухот, поради што сончевите зраци речиси и не се расфрлани.

Стратосферата содржи 20% од масата на атмосферата. Воздухот во овој слој е редок, практично нема водена пареа и затоа речиси не се формираат облаци и врнежи. Сепак, во стратосферата се забележани стабилни воздушни струи чија брзина достигнува 300 km/h.

Овој слој е концентриран озонот(озонски екран, озоносфера), слој кој ги апсорбира ултравиолетовите зраци, спречувајќи ги да стигнат до Земјата и со тоа ги штити живите организми на нашата планета. Благодарение на озонот, температурата на воздухот на горната граница на стратосферата се движи од -50 до 4-55 °C.

Помеѓу мезосферата и стратосферата постои преодна зона - стратопаузата.

Мезосфера

Мезосфера- слој од атмосферата лоциран на надморска височина од 50-80 км. Густината на воздухот овде е 200 пати помала отколку на површината на Земјата. Бојата на небото во мезосферата изгледа црна, а ѕвездите се видливи во текот на денот. Температурата на воздухот се спушта до -75 (-90)°C.

На надморска височина од 80 км започнува термосфера.Температурата на воздухот во овој слој нагло се зголемува до височина од 250 m, а потоа станува константна: на надморска височина од 150 km достигнува 220-240 ° C; на надморска височина од 500-600 km надминува 1500 °C.

Во мезосферата и термосферата, под влијание на космичките зраци, молекулите на гасот се распаѓаат во наелектризирани (јонизирани) честички на атомите, па овој дел од атмосферата се нарекува јоносфера- слој од многу редок воздух, кој се наоѓа на надморска височина од 50 до 1000 km, кој главно се состои од јонизирани атоми на кислород, молекули на азотен оксид и слободни електрони. Овој слој се карактеризира со висока електрификација, а од него се рефлектираат долги и средни радио бранови, како од огледало.

Во јоносферата се појавуваат поларници - сјајот на ретки гасови под влијание на електрично наелектризираните честички кои летаат од Сонцето - и се забележуваат остри флуктуации во магнетното поле.

Егзосфера

Егзосфера- надворешниот слој на атмосферата кој се наоѓа над 1000 km. Овој слој се нарекува и сфера на расејување, бидејќи честичките на гасот се движат овде со голема брзина и можат да се расфрлаат во вселената.

Атмосферски состав

Атмосферата е мешавина од гасови која се состои од азот (78,08%), кислород (20,95%), јаглерод диоксид (0,03%), аргон (0,93%), мала количина хелиум, неон, ксенон, криптон (0,01%), озон и други гасови, но нивната содржина е занемарлива (Табела 1). Современиот состав на воздухот на Земјата беше воспоставен пред повеќе од сто милиони години, но нагло зголемената човечка производна активност сепак доведе до нејзина промена. Во моментов, има зголемување на содржината на CO 2 за приближно 10-12%.

Гасовите што ја сочинуваат атмосферата вршат различни функционални улоги. Сепак, главното значење на овие гасови се определува првенствено од фактот што тие многу силно ја апсорбираат зрачната енергија и со тоа имаат значително влијание врз температурниот режим на површината и атмосферата на Земјата.

Табела 1. Хемиски состав на сувиот атмосферски воздух во близина на површината на земјата

	Концентрација на волумен. %	Молекуларна тежина, единици

Кислород

Јаглерод диоксид





Нитрооксид
	од 0 до 0,00001
Сулфур диоксид	од 0 до 0,000007 во лето; од 0 до 0,000002 во зима
	Од 0 до 0,000002	46,0055/17,03061
Азог диоксид

Јаглерод моноксид

Азот,Најчестиот гас во атмосферата, тој е хемиски неактивен.

Кислород, за разлика од азотот, е хемиски многу активен елемент. Специфичната функција на кислородот е оксидација на органска материја на хетеротрофни организми, карпи и недоволно оксидирани гасови што се испуштаат во атмосферата од вулканите. Без кислород, нема да има распаѓање на мртвата органска материја.

Улогата на јаглерод диоксидот во атмосферата е исклучително голема. Влегува во атмосферата како резултат на процесите на согорување, дишењето на живите организми и распаѓањето и, пред сè, е главен градежен материјал за создавање на органска материја за време на фотосинтезата. Дополнително, од големо значење е способноста на јаглеродниот диоксид да пренесува сончево зрачење со кратки бранови и да апсорбира дел од топлинското зрачење со долги бранови, што ќе го создаде таканаречениот ефект на стаклена градина, за кој ќе стане збор подолу.

Атмосферските процеси, особено термичкиот режим на стратосферата, исто така се под влијание на озонот.Овој гас служи како природен апсорбер на ултравиолетовото зрачење од сонцето, а апсорпцијата на сончевото зрачење доведува до загревање на воздухот. Просечните месечни вредности на вкупната содржина на озон во атмосферата варираат во зависност од географската ширина и годишното време во опсег од 0,23-0,52 cm (ова е дебелината на озонската обвивка при притисок и температура на земјата). Има зголемување на содржината на озон од екваторот до половите и годишен циклус со минимум во есен и максимум во пролет.

Карактеристично својство на атмосферата е тоа што содржината на главните гасови (азот, кислород, аргон) малку се менува со надморска височина: на надморска височина од 65 km во атмосферата содржината на азот е 86%, кислород - 19, аргон - 0,91 , на надморска височина од 95 km - азот 77, кислород - 21,3, аргон - 0,82%. Постојаноста на составот на атмосферскиот воздух вертикално и хоризонтално се одржува со неговото мешање.

Покрај гасовите, воздухот содржи водена пареаИ цврсти честички.Вториот може да има и природно и вештачко (антропогено) потекло. Тоа се полен, ситни кристали на сол, патна прашина и нечистотии од аеросол. Кога сончевите зраци продираат низ прозорецот, тие можат да се видат со голо око.

Посебно има многу честички во воздухот на градовите и големите индустриски центри, каде што емисиите на штетни гасови и нивните нечистотии формирани при согорувањето на горивото се додаваат во аеросолите.

Концентрацијата на аеросоли во атмосферата ја одредува проѕирноста на воздухот, што влијае на сончевото зрачење кое достигнува до површината на Земјата. Најголемите аеросоли се кондензационите јадра (од лат. кондензација- набивање, згуснување) - придонесуваат за трансформација на водената пареа во капки вода.

Важноста на водената пареа се определува првенствено од фактот што го одложува топлинското зрачење со долги бранови од површината на земјата; ја претставува главната врска на големи и мали циклуси на влага; ја зголемува температурата на воздухот при кондензација на водните кревети.

Количината на водена пареа во атмосферата варира во време и простор. Така, концентрацијата на водена пареа на површината на земјата се движи од 3% во тропските предели до 2-10 (15)% на Антарктикот.

Просечната содржина на водена пареа во вертикалната колона на атмосферата во умерените географски широчини е околу 1,6-1,7 cm (ова е дебелината на слојот на кондензирана водена пареа). Информациите за водената пареа во различни слоеви на атмосферата се контрадикторни. Се претпоставуваше, на пример, дека во висинскиот опсег од 20 до 30 km, специфичната влажност силно се зголемува со надморската височина. Сепак, последователните мерења укажуваат на поголема сувост на стратосферата. Очигледно, специфичната влажност во стратосферата малку зависи од надморската височина и е 2-4 mg/kg.

Варијабилноста на содржината на водена пареа во тропосферата се одредува со интеракцијата на процесите на испарување, кондензација и хоризонтален транспорт. Како резултат на кондензација на водената пареа, се формираат облаци и врнежите паѓаат во форма на дожд, град и снег.

Процесите на фазни премини на водата се случуваат претежно во тропосферата, поради што облаците во стратосферата (на надморска височина од 20-30 км) и мезосферата (близу мезопаузата), наречени бисерни и сребрени, се забележуваат релативно ретко, додека тропосферските облаци често покриваат околу 50% од целата земјина површина.површини.

Количината на водена пареа што може да се содржи во воздухот зависи од температурата на воздухот.

1 m 3 воздух на температура од -20 ° C може да содржи не повеќе од 1 g вода; на 0 °C - не повеќе од 5 g; на +10 °C - не повеќе од 9 g; на +30 °C - не повеќе од 30 g вода.

Заклучок:Колку е повисока температурата на воздухот, толку повеќе водена пареа може да содржи.

Воздухот може да биде богатИ не заситенводена пареа. Значи, ако на температура од +30 °C 1 m 3 воздух содржи 15 g водена пареа, воздухот не е заситен со водена пареа; ако 30 g - заситен.

Апсолутна влажност- ова е количината на водена пареа содржана во 1 m 3 воздух. Се изразува во грамови. На пример, ако кажат „апсолутна влажност е 15“, тоа значи дека 1 m L содржи 15 g водена пареа.

Релативна влажност- ова е односот (во проценти) на вистинската содржина на водена пареа во 1 m 3 воздух до количината на водена пареа што може да се содржи во 1 m L на дадена температура. На пример, ако радиото емитува временски извештај дека релативната влажност е 70%, тоа значи дека воздухот содржи 70% од водената пареа што може да ја задржи на таа температура.

Колку е поголема релативната влажност, т.е. Колку е поблиску воздухот до состојба на заситеност, толку е поголема веројатноста за врнежи.

Секогаш висока (до 90%) релативна влажност на воздухот се забележува во екваторијалната зона, бидејќи температурата на воздухот останува висока таму во текот на годината и се јавува големо испарување од површината на океаните. Релативната влажност е висока и во поларните региони, но затоа што при ниски температури дури и мала количина на водена пареа го прави воздухот заситен или блиску до заситен. Во умерените географски широчини, релативната влажност варира во зависност од годишните времиња - таа е поголема во зима, помала во лето.

Релативната влажност на воздухот во пустините е особено ниска: 1 m 1 воздух таму содржи два до три пати помалку водена пареа отколку што е можно на дадена температура.

За мерење на релативната влажност се користи хигрометар (од грчкиот хигрос - влажен и метреко - мерам).

Кога се лади, заситениот воздух не може да ја задржи истата количина на водена пареа; се згуснува (кондензира), претворајќи се во капки магла. Маглата може да се забележи во лето во ведра, ладна ноќ.

Облаци- ова е истата магла, само што се формира не на површината на земјата, туку на одредена висина. Како што воздухот се крева, тој се лади и водената пареа во него се кондензира. Добиените ситни капки вода сочинуваат облаци.

Формирањето облак исто така вклучува честичкисуспендиран во тропосферата.

Облаците можат да имаат различни форми, кои зависат од условите на нивното формирање (Табела 14).

Најниските и најтешките облаци се стратус. Тие се наоѓаат на надморска височина од 2 km од површината на земјата. На надморска височина од 2 до 8 km може да се забележат поживописни кумулус облаци. Највисоки и најлесни се цирусните облаци. Тие се наоѓаат на надморска височина од 8 до 18 km над површината на земјата.

Семејства	Видови облаци	Изглед
A. Горна облачност - над 6 km	I. Cirrus	Налик на конец, влакнест, бел
	II. Циррокумулус	Слоеви и гребени од мали снегулки и кадрици, бели
	III. Циростратус	Транспарентен белузлав превез
Б. Облаци од средно ниво - над 2 км	IV. Алтокумулус	Слоеви и гребени од бела и сива боја
Б. Облаци од средно ниво - над 2 км	V. Алтостратификуван	Мазна превез од млечно сива боја
Б. Ниска облачност - до 2 км	VI. Нимбостратус	Цврст безобличен сив слој
	VII. Стратокумулус	Нетранспарентни слоеви и гребени со сива боја
	VIII. Слоевит	Непроѕирен сив превез
Д. Облаци на вертикален развој - од долниот до горниот слој	IX. Кумулус	Клубовите и куполите се светло бели, со искинати рабови на ветрот
Д. Облаци на вертикален развој - од долниот до горниот слој	X. Кумулонимбус	Моќни маси во форма на кумулус со темна оловна боја

Атмосферска заштита

Главните извори се индустриските претпријатија и автомобилите. Во големите градови, проблемот со загадувањето со гас на главните транспортни правци е многу акутен. Затоа многу големи градови низ светот, вклучително и нашата земја, воведоа еколошка контрола на токсичноста на издувните гасови од возилата. Според експертите, чадот и прашината во воздухот може да го намалат снабдувањето со сончева енергија на површината на земјата за половина, што ќе доведе до промена на природните услови.