Atmosfera adalah salah satu komponen terpenting planet kita. Dialah yang "melindungi" orang dari keadaan angkasa lepas yang keras, seperti sinaran suria dan serpihan angkasa lepas. Walau bagaimanapun, banyak fakta tentang atmosfera tidak diketahui oleh kebanyakan orang.
1. Warna sebenar langit
Walaupun sukar untuk dipercayai, langit sebenarnya berwarna ungu. Apabila cahaya memasuki atmosfera, zarah udara dan air menyerap cahaya, menyerakkannya. Pada masa yang sama, warna ungu paling banyak berselerak, itulah sebabnya orang melihat langit biru.
2. Unsur eksklusif dalam atmosfera Bumi
Seperti yang ramai ingat dari sekolah, atmosfera Bumi terdiri daripada kira-kira 78% nitrogen, 21% oksigen dan sejumlah kecil argon, karbon dioksida dan gas lain. Tetapi beberapa orang tahu bahawa atmosfera kita adalah satu-satunya setakat ini yang ditemui oleh saintis (selain komet 67P) yang mempunyai oksigen bebas. Kerana oksigen adalah gas yang sangat reaktif, ia sering bertindak balas dengan bahan kimia lain di angkasa. Bentuknya yang tulen di Bumi menjadikan planet ini boleh didiami.
3. Belang putih di langit
Pasti, sesetengah orang kadang-kadang tertanya-tanya mengapa jalur putih kekal di langit di belakang pesawat jet. Laluan putih ini, dikenali sebagai contrails, terbentuk apabila gas ekzos panas dan lembap daripada enjin pesawat bercampur dengan udara luar yang lebih sejuk. Wap air dari ekzos membeku dan kelihatan.
4. Lapisan utama atmosfera
Atmosfera Bumi terdiri daripada lima lapisan utama, yang membolehkan kehidupan di planet ini mungkin. Yang pertama, troposfera, memanjang dari paras laut ke ketinggian kira-kira 17 km di khatulistiwa. Kebanyakan kejadian cuaca berlaku di sini.
5. Lapisan ozon
Lapisan atmosfera seterusnya, stratosfera, mencapai ketinggian kira-kira 50 km di khatulistiwa. Ia mengandungi lapisan ozon, yang melindungi manusia daripada sinaran ultraungu yang berbahaya. Walaupun lapisan ini berada di atas troposfera, ia sebenarnya mungkin lebih panas kerana tenaga yang diserap daripada sinaran matahari. Kebanyakan pesawat jet dan belon cuaca terbang di stratosfera. Kapal terbang boleh terbang lebih laju di dalamnya kerana ia kurang dipengaruhi oleh graviti dan geseran. Belon cuaca boleh memberikan gambaran yang lebih baik tentang ribut, kebanyakannya berlaku lebih rendah di troposfera.6. Mesosfera
Mesosfera adalah lapisan tengah, memanjang hingga ketinggian 85 km di atas permukaan planet. Suhunya berlegar sekitar -120 °C Kebanyakan meteor yang memasuki atmosfera Bumi terbakar di mesosfera. Dua lapisan terakhir yang memanjang ke angkasa ialah termosfera dan eksosfera.
7. Hilangnya suasana
Bumi kemungkinan besar kehilangan atmosferanya beberapa kali. Apabila planet itu diliputi lautan magma, objek antara bintang yang besar terhempas ke dalamnya. Kesan ini, yang juga membentuk Bulan, mungkin telah membentuk atmosfera planet buat kali pertama.
8. Jika tiada gas atmosfera...
Tanpa pelbagai gas di atmosfera, Bumi akan menjadi terlalu sejuk untuk kewujudan manusia. Wap air, karbon dioksida dan gas atmosfera lain menyerap haba daripada matahari dan "mengedarkannya" ke seluruh permukaan planet, membantu mewujudkan iklim yang boleh didiami.
9. Pembentukan lapisan ozon
Lapisan ozon yang terkenal (dan penting) dicipta apabila atom oksigen bertindak balas dengan cahaya ultraviolet dari matahari untuk membentuk ozon. Ia adalah ozon yang menyerap kebanyakan sinaran berbahaya daripada matahari. Walaupun kepentingannya, lapisan ozon terbentuk agak baru-baru ini selepas kehidupan yang mencukupi timbul di lautan untuk membebaskan ke atmosfera jumlah oksigen yang diperlukan untuk mewujudkan kepekatan minimum ozon.
10. Ionosfera
Ionosfera dipanggil sedemikian kerana zarah tenaga tinggi dari angkasa dan matahari membantu membentuk ion, mewujudkan "lapisan elektrik" di sekeliling planet ini. Apabila tiada satelit, lapisan ini membantu memantulkan gelombang radio.
11. Hujan asid
Hujan asid, yang memusnahkan seluruh hutan dan memusnahkan ekosistem akuatik, terbentuk di atmosfera apabila zarah sulfur dioksida atau nitrogen oksida bercampur dengan wap air dan jatuh ke tanah sebagai hujan. Sebatian kimia ini juga terdapat dalam alam semula jadi: sulfur dioksida dihasilkan semasa letusan gunung berapi, dan nitrogen oksida dihasilkan semasa sambaran petir.
12. Kuasa kilat
Kilat sangat kuat sehingga hanya satu bolt boleh memanaskan udara sekitar sehingga 30,000°C Pemanasan pantas menyebabkan pengembangan letupan udara berhampiran, yang kedengaran sebagai gelombang bunyi yang dipanggil guruh.
Aurora Borealis dan Aurora Australis (aurora utara dan selatan) disebabkan oleh tindak balas ion yang berlaku di peringkat keempat atmosfera, termosfera. Apabila zarah bercas tinggi daripada angin suria berlanggar dengan molekul udara di atas kutub magnet planet, ia bercahaya dan mencipta pertunjukan cahaya yang mempesonakan.
14. Matahari terbenam
Matahari terbenam selalunya kelihatan seperti langit terbakar apabila zarah atmosfera kecil menyerakkan cahaya, memantulkannya dalam warna oren dan kuning. Prinsip yang sama mendasari pembentukan pelangi.
Pada tahun 2013, saintis mendapati bahawa mikrob kecil boleh bertahan berkilometer di atas permukaan bumi. Pada ketinggian 8-15 km di atas planet, mikrob ditemui yang memusnahkan bahan kimia organik dan terapung di atmosfera, "memakan" mereka.
Penganut teori kiamat dan pelbagai kisah seram lain akan tertarik untuk mempelajarinya.
Sampul gas yang mengelilingi planet Bumi kita, yang dikenali sebagai atmosfera, terdiri daripada lima lapisan utama. Lapisan ini berasal dari permukaan planet, dari paras laut (kadang-kadang di bawah) dan naik ke angkasa lepas dalam urutan berikut:
- Troposfera;
- Stratosfera;
- Mesosfera;
- Termosfera;
- Eksosfera.
Gambar rajah lapisan utama atmosfera Bumi
Di antara setiap lima lapisan utama ini terdapat zon peralihan yang dipanggil "jeda" di mana perubahan suhu udara, komposisi dan ketumpatan berlaku. Bersama-sama dengan jeda, atmosfera Bumi merangkumi sejumlah 9 lapisan.
Troposfera: tempat cuaca berlaku
Daripada semua lapisan atmosfera, troposfera adalah lapisan yang paling kita kenali (sama ada anda sedar atau tidak), kerana kita tinggal di bahagian bawahnya - permukaan planet ini. Ia menyelubungi permukaan Bumi dan memanjang ke atas selama beberapa kilometer. Perkataan troposfera bermaksud "perubahan dunia." Nama yang sangat sesuai, kerana lapisan ini adalah tempat cuaca harian kita berlaku.
Bermula dari permukaan planet, troposfera naik ke ketinggian 6 hingga 20 km. Pertiga bahagian bawah lapisan, paling hampir dengan kita, mengandungi 50% daripada semua gas atmosfera. Ini adalah satu-satunya bahagian dari seluruh atmosfera yang bernafas. Disebabkan fakta bahawa udara dipanaskan dari bawah oleh permukaan bumi, yang menyerap tenaga haba Matahari, suhu dan tekanan troposfera berkurangan dengan peningkatan ketinggian.
Di bahagian atas terdapat lapisan nipis yang dipanggil tropopause, yang hanya penampan antara troposfera dan stratosfera.
Stratosfera: rumah ozon
Stratosfera ialah lapisan atmosfera seterusnya. Ia memanjang dari 6-20 km hingga 50 km di atas permukaan bumi. Ini adalah lapisan di mana kebanyakan pesawat komersial terbang dan belon udara panas bergerak.
Di sini udara tidak mengalir naik dan turun, tetapi bergerak selari dengan permukaan dalam arus udara yang sangat laju. Apabila anda meningkat, suhu meningkat, terima kasih kepada banyaknya ozon semulajadi (O3), hasil sampingan sinaran suria dan oksigen, yang mempunyai keupayaan untuk menyerap sinaran ultraungu berbahaya matahari (sebarang peningkatan suhu dengan ketinggian dalam meteorologi diketahui sebagai "penyongsangan") ).
Oleh kerana stratosfera mempunyai suhu yang lebih panas di bahagian bawah dan suhu yang lebih sejuk di bahagian atas, perolakan (pergerakan menegak jisim udara) jarang berlaku di bahagian atmosfera ini. Malah, anda boleh melihat ribut yang mengamuk di troposfera dari stratosfera kerana lapisan itu bertindak sebagai penutup perolakan yang menghalang awan ribut daripada menembusi.
Selepas stratosfera terdapat sekali lagi lapisan penampan, kali ini dipanggil stratopause.
Mesosfera: suasana tengah
Mesosfera terletak kira-kira 50-80 km dari permukaan bumi. Mesosfera atas adalah tempat semula jadi yang paling sejuk di Bumi, di mana suhu boleh turun di bawah -143°C.
Termosfera: atmosfera atas
Selepas mesosfera dan mesopause muncul termosfera, terletak di antara 80 dan 700 km di atas permukaan planet, dan mengandungi kurang daripada 0.01% daripada jumlah udara dalam sampul atmosfera. Suhu di sini mencecah sehingga +2000° C, tetapi disebabkan oleh penipisan udara yang melampau dan kekurangan molekul gas untuk memindahkan haba, suhu tinggi ini dianggap sebagai sangat sejuk.
Eksosfera: sempadan antara atmosfera dan ruang
Pada ketinggian kira-kira 700-10,000 km di atas permukaan bumi adalah eksosfera - pinggir luar atmosfera, bersempadan dengan ruang. Di sini satelit cuaca mengorbit Bumi.
Bagaimana pula dengan ionosfera?
Ionosfera bukanlah lapisan yang berasingan, tetapi sebenarnya istilah ini digunakan untuk merujuk kepada atmosfera antara 60 dan 1000 km ketinggian. Ia termasuk bahagian paling atas mesosfera, seluruh termosfera dan sebahagian daripada eksosfera. Ionosfera mendapat namanya kerana di bahagian atmosfera ini sinaran daripada Matahari terion apabila ia melalui medan magnet Bumi pada dan. Fenomena ini diperhatikan dari tanah sebagai cahaya utara.
Atmosfera ialah cangkang gas planet kita, yang berputar bersama Bumi. Gas di atmosfera dipanggil udara. Atmosfera bersentuhan dengan hidrosfera dan sebahagiannya meliputi litosfera. Tetapi had atas adalah sukar untuk ditentukan. Secara konvensional diterima bahawa atmosfera memanjang ke atas selama kira-kira tiga ribu kilometer. Di sana ia mengalir dengan lancar ke ruang tanpa udara.
Komposisi kimia atmosfera bumi
Pembentukan komposisi kimia atmosfera bermula kira-kira empat bilion tahun yang lalu. Pada mulanya, atmosfera hanya terdiri daripada gas ringan - helium dan hidrogen. Menurut saintis, prasyarat awal untuk penciptaan cangkang gas di sekeliling Bumi adalah letusan gunung berapi, yang, bersama dengan lava, mengeluarkan sejumlah besar gas. Selepas itu, pertukaran gas bermula dengan ruang air, dengan organisma hidup, dan dengan produk aktiviti mereka. Komposisi udara secara beransur-ansur berubah dan diperbaiki dalam bentuk modennya beberapa juta tahun yang lalu.
Komponen utama atmosfera ialah nitrogen (kira-kira 79%) dan oksigen (20%). Peratusan selebihnya (1%) terdiri daripada gas berikut: argon, neon, helium, metana, karbon dioksida, hidrogen, kripton, xenon, ozon, ammonia, sulfur dan nitrogen dioksida, nitrous oksida dan karbon monoksida, yang termasuk dalam satu peratus ini.
Di samping itu, udara mengandungi wap air dan bahan zarahan (debunga, habuk, hablur garam, kekotoran aerosol).
Baru-baru ini, saintis telah menyatakan bukan kualitatif, tetapi perubahan kuantitatif dalam beberapa bahan udara. Dan sebab untuk ini adalah manusia dan aktivitinya. Dalam 100 tahun lepas sahaja, paras karbon dioksida telah meningkat dengan ketara! Ini penuh dengan banyak masalah, yang paling global ialah perubahan iklim.
Pembentukan cuaca dan iklim
Atmosfera memainkan peranan penting dalam membentuk iklim dan cuaca di Bumi. Banyak bergantung pada jumlah cahaya matahari, sifat permukaan dasar dan peredaran atmosfera.
Mari kita lihat faktor-faktor dalam susunan.
1. Atmosfera menghantar haba sinaran matahari dan menyerap sinaran berbahaya. Orang Yunani purba tahu bahawa sinaran Matahari jatuh pada bahagian yang berlainan di Bumi pada sudut yang berbeza. Perkataan "iklim" itu sendiri diterjemahkan daripada bahasa Yunani kuno bermaksud "cerun". Jadi, di khatulistiwa, sinaran matahari jatuh hampir menegak, itulah sebabnya di sini sangat panas. Semakin dekat dengan kutub, semakin besar sudut kecondongan. Dan suhu turun.
2. Disebabkan oleh pemanasan Bumi yang tidak sekata, arus udara terbentuk di atmosfera. Mereka dikelaskan mengikut saiz mereka. Yang terkecil (berpuluh dan ratusan meter) ialah angin tempatan. Ini diikuti oleh monsun dan angin perdagangan, siklon dan antisiklon, dan zon hadapan planet.
Semua jisim udara ini sentiasa bergerak. Sebahagian daripada mereka agak statik. Contohnya, angin perdagangan yang bertiup dari subtropika ke arah khatulistiwa. Pergerakan orang lain bergantung pada tekanan atmosfera.
3. Tekanan atmosfera adalah faktor lain yang mempengaruhi pembentukan iklim. Ini adalah tekanan udara di permukaan bumi. Seperti yang diketahui, jisim udara bergerak dari kawasan yang mempunyai tekanan atmosfera tinggi ke arah kawasan yang tekanan ini lebih rendah.
Sebanyak 7 zon diperuntukkan. Khatulistiwa ialah zon tekanan rendah. Selanjutnya, pada kedua-dua belah khatulistiwa hingga lintang tiga puluhan terdapat kawasan tekanan tinggi. Dari 30° hingga 60° - tekanan rendah sekali lagi. Dan dari 60° ke kutub adalah zon tekanan tinggi. Jisim udara beredar di antara zon ini. Yang datang dari laut ke darat membawa hujan dan cuaca buruk, dan yang bertiup dari benua membawa cuaca cerah dan kering. Di tempat-tempat di mana arus udara bertembung, zon hadapan atmosfera terbentuk, yang dicirikan oleh hujan dan cuaca buruk, berangin.
Para saintis telah membuktikan bahawa walaupun kesejahteraan seseorang bergantung pada tekanan atmosfera. Mengikut piawaian antarabangsa, tekanan atmosfera normal ialah 760 mm Hg. lajur pada suhu 0°C. Penunjuk ini dikira untuk kawasan tanah yang hampir paras dengan paras laut. Dengan ketinggian tekanan berkurangan. Oleh itu, sebagai contoh, untuk St Petersburg 760 mm Hg. - ini adalah norma. Tetapi untuk Moscow, yang terletak lebih tinggi, tekanan normal ialah 748 mm Hg.
Tekanan berubah bukan sahaja secara menegak, tetapi juga secara mendatar. Ini amat dirasai semasa berlalunya siklon.
Struktur atmosfera
Suasana seperti kek lapis. Dan setiap lapisan mempunyai ciri tersendiri.
. Troposfera- lapisan yang paling hampir dengan Bumi. "Ketebalan" lapisan ini berubah mengikut jarak dari khatulistiwa. Di atas khatulistiwa, lapisan memanjang ke atas sebanyak 16-18 km, di zon sederhana sebanyak 10-12 km, di kutub sebanyak 8-10 km.
Di sinilah 80% daripada jumlah jisim udara dan 90% wap air terkandung. Awan terbentuk di sini, siklon dan antisiklon timbul. Suhu udara bergantung pada ketinggian kawasan. Secara purata, ia menurun sebanyak 0.65° C untuk setiap 100 meter.
. Tropopause- lapisan peralihan atmosfera. Ketinggiannya berkisar antara beberapa ratus meter hingga 1-2 km. Suhu udara pada musim panas lebih tinggi daripada musim sejuk. Sebagai contoh, di atas kutub pada musim sejuk ia adalah -65° C. Dan di atas khatulistiwa ia adalah -70° C pada bila-bila masa sepanjang tahun.
. Stratosfera- ini adalah lapisan yang sempadan atasnya terletak pada ketinggian 50-55 kilometer. Turbulensi di sini adalah rendah, kandungan wap air di udara boleh diabaikan. Tetapi terdapat banyak ozon. Kepekatan maksimumnya adalah pada ketinggian 20-25 km. Di stratosfera, suhu udara mula meningkat dan mencapai +0.8° C. Ini disebabkan oleh fakta bahawa lapisan ozon berinteraksi dengan sinaran ultraungu.
. Stratopause- lapisan pertengahan rendah antara stratosfera dan mesosfera yang mengikutinya.
. Mesosfera- sempadan atas lapisan ini ialah 80-85 kilometer. Proses fotokimia kompleks yang melibatkan radikal bebas berlaku di sini. Merekalah yang memberikan cahaya biru lembut planet kita, yang dilihat dari angkasa.
Kebanyakan komet dan meteorit terbakar di mesosfera.
. Mesopause- lapisan perantaraan seterusnya, suhu udara di dalamnya sekurang-kurangnya -90°.
. Termosfera- sempadan bawah bermula pada ketinggian 80 - 90 km, dan sempadan atas lapisan berjalan kira-kira pada 800 km. Suhu udara semakin meningkat. Ia boleh berbeza dari +500° C hingga +1000° C. Pada siang hari, turun naik suhu berjumlah ratusan darjah! Tetapi udara di sini sangat jarang sehingga memahami istilah "suhu" seperti yang kita bayangkan ia tidak sesuai di sini.
. Ionosfera- menggabungkan mesosfera, mesopause dan termosfera. Udara di sini terdiri terutamanya daripada molekul oksigen dan nitrogen, serta plasma separa neutral. Sinaran matahari yang memasuki ionosfera sangat mengionkan molekul udara. Di lapisan bawah (sehingga 90 km) tahap pengionan adalah rendah. Semakin tinggi, semakin besar pengionan. Jadi, pada ketinggian 100-110 km, elektron tertumpu. Ini membantu memantulkan gelombang radio pendek dan sederhana.
Lapisan ionosfera yang paling penting ialah lapisan atas, yang terletak pada ketinggian 150-400 km. Keanehannya ialah ia memantulkan gelombang radio, dan ini memudahkan penghantaran isyarat radio pada jarak yang jauh.
Di dalam ionosfera fenomena seperti aurora berlaku.
. Eksosfera- terdiri daripada atom oksigen, helium dan hidrogen. Gas dalam lapisan ini sangat jarang dan atom hidrogen sering terlepas ke angkasa lepas. Oleh itu, lapisan ini dipanggil "zon penyebaran".
Saintis pertama yang mencadangkan bahawa atmosfera kita mempunyai berat ialah E. Torricelli Itali. Ostap Bender, sebagai contoh, dalam novelnya "The Golden Calf" mengeluh bahawa setiap orang ditekan oleh lajur udara seberat 14 kg! Tetapi perancang hebat itu sedikit tersilap. Seorang dewasa mengalami tekanan 13-15 tan! Tetapi kita tidak merasakan berat ini, kerana tekanan atmosfera seimbang dengan tekanan dalaman seseorang. Berat atmosfera kita ialah 5,300,000,000,000,000 tan. Angka itu sangat besar, walaupun ia hanya satu juta daripada berat planet kita.
Atmosfera (daripada bahasa Yunani kuno ἀτμός - wap dan σφαῖρα - bola) ialah cangkerang gas (geosfera) yang mengelilingi planet Bumi. Permukaan dalamannya meliputi hidrosfera dan sebahagiannya kerak bumi, manakala permukaan luarnya bersempadan dengan bahagian dekat Bumi di angkasa lepas.
Himpunan cabang fizik dan kimia yang mengkaji atmosfera biasanya dipanggil fizik atmosfera. Atmosfera menentukan cuaca di permukaan bumi, meteorologi mengkaji cuaca, dan klimatologi berurusan dengan variasi iklim jangka panjang.
Ciri-ciri fizikal
Ketebalan atmosfera adalah lebih kurang 120 km dari permukaan bumi. Jumlah jisim udara di atmosfera ialah (5.1-5.3) 1018 kg. Daripada jumlah ini, jisim udara kering ialah (5.1352 ± 0.0003) 1018 kg, jumlah jisim wap air adalah secara purata 1.27 1016 kg.
Jisim molar udara kering bersih ialah 28.966 g/mol, dan ketumpatan udara di permukaan laut adalah lebih kurang 1.2 kg/m3. Tekanan pada 0 °C di aras laut ialah 101.325 kPa; suhu kritikal - −140.7 °C (~132.4 K); tekanan kritikal - 3.7 MPa; Cp pada 0 °C - 1.0048·103 J/(kg·K), Cv - 0.7159·103 J/(kg·K) (pada 0 °C). Keterlarutan udara dalam air (mengikut jisim) pada 0 °C - 0.0036%, pada 25 °C - 0.0023%.
Perkara berikut diterima sebagai "keadaan normal" di permukaan bumi: ketumpatan 1.2 kg/m3, tekanan barometrik 101.35 kPa, suhu ditambah 20 °C dan kelembapan relatif 50%. Penunjuk bersyarat ini mempunyai kepentingan kejuruteraan semata-mata.
Komposisi kimia
Atmosfera Bumi timbul akibat pembebasan gas semasa letusan gunung berapi. Dengan kedatangan lautan dan biosfera, ia terbentuk kerana pertukaran gas dengan air, tumbuhan, haiwan dan hasil penguraian mereka di dalam tanah dan paya.
Pada masa ini, atmosfera Bumi terdiri terutamanya daripada gas dan pelbagai kekotoran (habuk, titisan air, kristal ais, garam laut, hasil pembakaran).
Kepekatan gas yang membentuk atmosfera hampir tetap, kecuali air (H2O) dan karbon dioksida (CO2).
Komposisi udara kering
| Nitrogen | ||
| Oksigen | ||
| Argon | ||
| air | ||
| Karbon dioksida | ||
| Neon | ||
| Helium | ||
| Metana | ||
| Kripton | ||
| Hidrogen | ||
| Xenon | ||
| Nitrous oksida |
Sebagai tambahan kepada gas yang ditunjukkan dalam jadual, atmosfera mengandungi SO2, NH3, CO, ozon, hidrokarbon, HCl, HF, wap Hg, I2, serta NO dan banyak gas lain dalam kuantiti yang kecil. Troposfera sentiasa mengandungi sejumlah besar zarah pepejal dan cecair terampai (aerosol).
Struktur atmosfera
Troposfera
Had atasnya ialah pada ketinggian 8-10 km di kutub, 10-12 km di kawasan sederhana dan 16-18 km di latitud tropika; lebih rendah pada musim sejuk berbanding musim panas. Lapisan bawah, utama atmosfera mengandungi lebih daripada 80% daripada jumlah jisim udara atmosfera dan kira-kira 90% daripada jumlah wap air yang terdapat di atmosfera. Turbulensi dan perolakan sangat berkembang di troposfera, awan timbul, dan siklon dan antisiklon berkembang. Suhu berkurangan dengan peningkatan ketinggian dengan purata kecerunan menegak 0.65°/100 m
Tropopause
Lapisan peralihan dari troposfera ke stratosfera, lapisan atmosfera di mana penurunan suhu dengan ketinggian berhenti.
Stratosfera
Lapisan atmosfera yang terletak pada ketinggian 11 hingga 50 km. Dicirikan oleh sedikit perubahan dalam suhu dalam lapisan 11-25 km (lapisan bawah stratosfera) dan peningkatan suhu dalam lapisan 25-40 km dari −56.5 hingga 0.8 ° C (lapisan atas stratosfera atau kawasan penyongsangan) . Setelah mencapai nilai kira-kira 273 K (hampir 0 °C) pada ketinggian kira-kira 40 km, suhu kekal malar sehingga ketinggian kira-kira 55 km. Kawasan suhu malar ini dipanggil stratopause dan merupakan sempadan antara stratosfera dan mesosfera.
Stratopause
Lapisan sempadan atmosfera antara stratosfera dan mesosfera. Dalam taburan suhu menegak terdapat maksimum (kira-kira 0 °C).
Mesosfera
Mesosfera bermula pada ketinggian 50 km dan memanjang hingga 80-90 km. Suhu berkurangan dengan ketinggian dengan kecerunan menegak purata (0.25-0.3)°/100 m Proses tenaga utama ialah pemindahan haba sinaran. Proses fotokimia kompleks yang melibatkan radikal bebas, molekul teruja getaran, dsb. menyebabkan pendaran atmosfera.
Mesopause
Lapisan peralihan antara mesosfera dan termosfera. Terdapat minimum dalam taburan suhu menegak (kira-kira -90 °C).
Talian Karman
Ketinggian di atas paras laut, yang diterima secara konvensional sebagai sempadan antara atmosfera dan ruang Bumi. Mengikut definisi FAI, garisan Karman terletak pada ketinggian 100 km dari aras laut.
Sempadan atmosfera Bumi
Termosfera
Had atas adalah kira-kira 800 km. Suhu meningkat kepada ketinggian 200-300 km, di mana ia mencapai nilai urutan 1500 K, selepas itu ia kekal hampir malar ke altitud tinggi. Di bawah pengaruh sinaran suria ultraungu dan x-ray dan sinaran kosmik, pengionan udara ("auroras") berlaku - kawasan utama ionosfera terletak di dalam termosfera. Pada ketinggian melebihi 300 km, oksigen atom mendominasi. Had atas termosfera sebahagian besarnya ditentukan oleh aktiviti semasa Matahari. Semasa tempoh aktiviti rendah - sebagai contoh, pada 2008-2009 - terdapat penurunan ketara dalam saiz lapisan ini.
Termoopause
Kawasan atmosfera bersebelahan dengan termosfera. Di rantau ini, penyerapan sinaran suria adalah diabaikan dan suhu sebenarnya tidak berubah dengan ketinggian.
Eksosfera (sfera serakan)
Eksosfera ialah zon penyebaran, bahagian luar termosfera, terletak di atas 700 km. Gas dalam eksosfera sangat jarang, dan dari sini zarahnya bocor ke ruang antara planet (pelesapan).
Sehingga ketinggian 100 km, atmosfera adalah campuran gas yang homogen dan bercampur dengan baik. Dalam lapisan yang lebih tinggi, taburan gas mengikut ketinggian bergantung pada berat molekulnya; kepekatan gas yang lebih berat berkurangan dengan lebih cepat dengan jarak dari permukaan Bumi. Disebabkan oleh penurunan ketumpatan gas, suhu turun dari 0 °C di stratosfera kepada -110 °C di mesosfera. Walau bagaimanapun, tenaga kinetik zarah individu pada ketinggian 200-250 km sepadan dengan suhu ~150 °C. Di atas 200 km, turun naik ketara dalam suhu dan ketumpatan gas dalam masa dan ruang diperhatikan.
Pada ketinggian kira-kira 2000-3500 km, eksosfera secara beransur-ansur berubah menjadi apa yang dipanggil vakum dekat angkasa, yang dipenuhi dengan zarah gas antara planet yang sangat jarang, terutamanya atom hidrogen. Tetapi gas ini hanya mewakili sebahagian daripada jirim antara planet. Bahagian lain terdiri daripada zarah debu yang berasal dari komet dan meteorik. Sebagai tambahan kepada zarah habuk yang sangat jarang, sinaran elektromagnet dan korpuskular asal suria dan galaksi menembusi ke dalam ruang ini.
Troposfera menyumbang kira-kira 80% daripada jisim atmosfera, stratosfera - kira-kira 20%; jisim mesosfera tidak lebih daripada 0.3%, termosfera kurang daripada 0.05% daripada jumlah jisim atmosfera. Berdasarkan sifat elektrik di atmosfera, neutronosfera dan ionosfera dibezakan. Pada masa ini dipercayai bahawa atmosfera meluas ke ketinggian 2000-3000 km.
Bergantung kepada komposisi gas di atmosfera, homosfera dan heterosfera dibezakan. Heterosfera ialah kawasan di mana graviti mempengaruhi pemisahan gas, kerana pencampuran mereka pada ketinggian sedemikian boleh diabaikan. Ini membayangkan komposisi heterosfera yang berubah-ubah. Di bawahnya terdapat bahagian atmosfera yang bercampur-campur dan homogen yang dipanggil homosfera. Sempadan antara lapisan ini dipanggil turbopause; ia terletak pada ketinggian kira-kira 120 km.
Sifat lain atmosfera dan kesan pada tubuh manusia
Sudah berada pada ketinggian 5 km di atas paras laut, orang yang tidak terlatih mula mengalami kebuluran oksigen dan tanpa penyesuaian, prestasi seseorang berkurangan dengan ketara. Zon fisiologi atmosfera berakhir di sini. Pernafasan manusia menjadi mustahil pada ketinggian 9 km, walaupun sehingga kira-kira 115 km atmosfera mengandungi oksigen.
Atmosfera membekalkan kita dengan oksigen yang diperlukan untuk bernafas. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh penurunan jumlah tekanan atmosfera, apabila anda naik ke ketinggian, tekanan separa oksigen berkurangan dengan sewajarnya.
Paru-paru manusia sentiasa mengandungi kira-kira 3 liter udara alveolar. Tekanan separa oksigen dalam udara alveolar pada tekanan atmosfera normal ialah 110 mmHg. Seni., tekanan karbon dioksida - 40 mm Hg. Seni., dan wap air - 47 mm Hg. Seni. Dengan peningkatan ketinggian, tekanan oksigen menurun, dan jumlah tekanan wap air dan karbon dioksida dalam paru-paru kekal hampir malar - kira-kira 87 mm Hg. Seni. Bekalan oksigen ke paru-paru akan berhenti sepenuhnya apabila tekanan udara ambien menjadi sama dengan nilai ini.
Pada ketinggian kira-kira 19-20 km, tekanan atmosfera turun kepada 47 mm Hg. Seni. Oleh itu, pada ketinggian ini, air dan cecair interstisial mula mendidih di dalam tubuh manusia. Di luar kabin bertekanan pada ketinggian ini, kematian berlaku hampir serta-merta. Oleh itu, dari sudut pandangan fisiologi manusia, "ruang" bermula sudah pada ketinggian 15-19 km.
Lapisan udara yang padat - troposfera dan stratosfera - melindungi kita daripada kesan radiasi yang merosakkan. Dengan rarefaction udara yang mencukupi, pada ketinggian lebih daripada 36 km, sinaran mengion - sinar kosmik utama - mempunyai kesan yang kuat pada badan; Pada ketinggian lebih daripada 40 km, bahagian ultraungu spektrum suria berbahaya bagi manusia.
Apabila kita naik ke ketinggian yang lebih tinggi di atas permukaan Bumi, fenomena biasa yang diperhatikan di lapisan bawah atmosfera seperti perambatan bunyi, kejadian daya angkat dan seretan aerodinamik, pemindahan haba melalui perolakan, dll. beransur-ansur lemah dan kemudian hilang sepenuhnya.
Dalam lapisan udara jarang, perambatan bunyi adalah mustahil. Sehingga ketinggian 60-90 km, masih boleh menggunakan rintangan udara dan lif untuk penerbangan aerodinamik terkawal. Tetapi bermula dari ketinggian 100-130 km, konsep nombor M dan penghalang bunyi, yang biasa kepada setiap juruterbang, kehilangan maknanya: terdapat garis Karman konvensional, di mana kawasan penerbangan balistik semata-mata bermula, yang hanya boleh dikawal menggunakan daya reaktif.
Pada ketinggian melebihi 100 km, atmosfera kehilangan satu lagi sifat yang luar biasa - keupayaan untuk menyerap, mengalir dan menghantar tenaga haba secara perolakan (iaitu dengan mencampurkan udara). Ini bermakna pelbagai elemen peralatan di stesen angkasa orbit tidak akan dapat disejukkan dari luar dengan cara yang sama seperti yang biasa dilakukan pada kapal terbang - dengan bantuan jet udara dan radiator udara. Pada ketinggian ini, seperti di ruang amnya, satu-satunya cara untuk memindahkan haba ialah sinaran haba.
Sejarah pembentukan atmosfera
Menurut teori yang paling biasa, atmosfera Bumi mempunyai tiga komposisi berbeza dari semasa ke semasa. Pada mulanya, ia terdiri daripada gas ringan (hidrogen dan helium) yang ditangkap dari ruang antara planet. Ini adalah suasana utama yang dipanggil (kira-kira empat bilion tahun yang lalu). Pada peringkat seterusnya, aktiviti gunung berapi yang aktif membawa kepada ketepuan atmosfera dengan gas selain hidrogen (karbon dioksida, ammonia, wap air). Ini adalah bagaimana suasana sekunder terbentuk (kira-kira tiga bilion tahun sebelum hari ini). Suasana ini memulihkan. Selanjutnya, proses pembentukan atmosfera ditentukan oleh faktor-faktor berikut:
- kebocoran gas ringan (hidrogen dan helium) ke dalam ruang antara planet;
- tindak balas kimia yang berlaku di atmosfera di bawah pengaruh sinaran ultraungu, pelepasan kilat dan beberapa faktor lain.
Secara beransur-ansur, faktor-faktor ini membawa kepada pembentukan suasana tertier, yang dicirikan oleh lebih sedikit hidrogen dan lebih banyak nitrogen dan karbon dioksida (terbentuk akibat tindak balas kimia daripada ammonia dan hidrokarbon).
Nitrogen
Pembentukan sejumlah besar nitrogen N2 adalah disebabkan oleh pengoksidaan atmosfera ammonia-hidrogen oleh oksigen molekul O2, yang mula datang dari permukaan planet hasil fotosintesis, bermula 3 bilion tahun yang lalu. Nitrogen N2 juga dibebaskan ke atmosfera akibat penyahtindahan nitrat dan sebatian lain yang mengandungi nitrogen. Nitrogen dioksidakan oleh ozon kepada NO di atmosfera atas.
Nitrogen N2 bertindak balas hanya dalam keadaan tertentu (contohnya, semasa nyahcas kilat). Pengoksidaan nitrogen molekul oleh ozon semasa nyahcas elektrik digunakan dalam kuantiti yang kecil dalam pengeluaran industri baja nitrogen. Cyanobacteria (alga biru-hijau) dan bakteria nodul yang membentuk simbiosis rhizobial dengan tumbuhan kekacang, yang dipanggil, boleh mengoksidakannya dengan penggunaan tenaga yang rendah dan mengubahnya menjadi bentuk aktif secara biologi. baja hijau.
Oksigen
Komposisi atmosfera mula berubah secara radikal dengan penampilan organisma hidup di Bumi, akibat fotosintesis, disertai dengan pembebasan oksigen dan penyerapan karbon dioksida. Pada mulanya, oksigen dibelanjakan untuk pengoksidaan sebatian yang dikurangkan - ammonia, hidrokarbon, bentuk ferus besi yang terkandung dalam lautan, dll. Pada akhir peringkat ini, kandungan oksigen di atmosfera mula meningkat. Secara beransur-ansur, suasana moden dengan sifat pengoksidaan terbentuk. Oleh kerana ini menyebabkan perubahan serius dan mendadak dalam banyak proses yang berlaku di atmosfera, litosfera dan biosfera, peristiwa ini dipanggil Bencana Oksigen.
Semasa Phanerozoic, komposisi atmosfera dan kandungan oksigen mengalami perubahan. Mereka berkorelasi terutamanya dengan kadar pemendapan sedimen organik. Oleh itu, semasa tempoh pengumpulan arang batu, kandungan oksigen dalam atmosfera nampaknya jauh melebihi tahap moden.
Karbon dioksida
Kandungan CO2 di atmosfera bergantung kepada aktiviti gunung berapi dan proses kimia dalam cengkerang bumi, tetapi yang paling penting - pada keamatan biosintesis dan penguraian bahan organik dalam biosfera Bumi. Hampir keseluruhan biojisim semasa planet ini (kira-kira 2.4 1012 tan) terbentuk kerana karbon dioksida, nitrogen dan wap air yang terkandung dalam udara atmosfera. Organik yang tertimbus di lautan, paya dan hutan bertukar menjadi arang batu, minyak dan gas asli.
Gas mulia
Sumber gas mulia - argon, helium dan kripton - adalah letusan gunung berapi dan pereputan unsur radioaktif. Bumi secara amnya dan atmosfera khususnya kehabisan gas lengai berbanding dengan angkasa. Adalah dipercayai bahawa sebab untuk ini terletak pada kebocoran berterusan gas ke ruang antara planet.
Pencemaran udara
Baru-baru ini, manusia telah mula mempengaruhi evolusi atmosfera. Hasil daripada aktivitinya ialah peningkatan berterusan kandungan karbon dioksida di atmosfera akibat pembakaran bahan api hidrokarbon yang terkumpul pada era geologi terdahulu. Sejumlah besar CO2 digunakan semasa fotosintesis dan diserap oleh lautan dunia. Gas ini memasuki atmosfera kerana penguraian batu karbonat dan bahan organik dari tumbuhan dan haiwan, serta disebabkan oleh gunung berapi dan aktiviti perindustrian manusia. Sepanjang 100 tahun yang lalu, kandungan CO2 di atmosfera telah meningkat sebanyak 10%, dengan sebahagian besar (360 bilion tan) datang daripada pembakaran bahan api. Jika kadar pertumbuhan pembakaran bahan api berterusan, maka dalam 200-300 tahun akan datang jumlah CO2 di atmosfera akan berganda dan boleh membawa kepada perubahan iklim global.
Pembakaran bahan api adalah sumber utama gas pencemar (CO, NO, SO2). Sulfur dioksida dioksidakan oleh oksigen atmosfera kepada SO3, dan nitrogen oksida kepada NO2 di lapisan atas atmosfera, yang seterusnya berinteraksi dengan wap air, dan asid sulfurik H2SO4 dan asid nitrik HNO3 yang terhasil jatuh ke permukaan Bumi dalam bentuk yang dipanggil. hujan asid. Penggunaan enjin pembakaran dalaman membawa kepada pencemaran atmosfera yang ketara dengan nitrogen oksida, hidrokarbon dan sebatian plumbum (tetraethyl plumbum) Pb(CH3CH2)4.
Pencemaran aerosol atmosfera disebabkan oleh kedua-dua punca semula jadi (letusan gunung berapi, ribut debu, terperangkapnya titisan air laut dan debunga tumbuhan, dsb.) dan aktiviti ekonomi manusia (perlombongan bijih dan bahan binaan, membakar bahan api, membuat simen, dsb. ). Pembebasan bahan zarahan berskala besar secara intensif ke atmosfera adalah salah satu kemungkinan penyebab perubahan iklim di planet ini.
(Dilawati 719 kali, 1 lawatan hari ini)
Atmosfera mempunyai lapisan udara yang jelas. Lapisan udara berbeza antara satu sama lain dalam suhu, perbezaan gas dan ketumpatan dan tekanannya. Perlu diingatkan bahawa lapisan stratosfera dan troposfera melindungi Bumi daripada sinaran suria. Dalam lapisan yang lebih tinggi, organisma hidup boleh menerima dos maut spektrum suria ultraviolet. Untuk melompat ke lapisan atmosfera yang dikehendaki dengan cepat, klik pada lapisan yang sepadan:
Troposfera dan tropopause
Troposfera - suhu, tekanan, ketinggian
Had atas adalah lebih kurang 8 - 10 km. Dalam latitud sederhana ia adalah 16 - 18 km, dan di latitud kutub ialah 10 - 12 km. Troposfera- Ini adalah lapisan utama atmosfera yang lebih rendah. Lapisan ini mengandungi lebih daripada 80% daripada jumlah jisim udara atmosfera dan hampir 90% daripada semua wap air. Di troposfera, perolakan dan pergolakan berlaku, awan terbentuk, dan siklon berlaku. Suhu berkurangan dengan peningkatan ketinggian. Kecerunan: 0.65°/100 m Tanah dan air yang dipanaskan memanaskan udara sekeliling. Udara yang dipanaskan naik, menyejuk dan membentuk awan. Suhu di sempadan atas lapisan boleh mencapai - 50/70 °C.
Di lapisan inilah perubahan keadaan cuaca iklim berlaku. Sempadan bawah troposfera dipanggil aras tanah, kerana ia mempunyai banyak mikroorganisma meruap dan habuk. Kelajuan angin meningkat dengan peningkatan ketinggian dalam lapisan ini.
Tropopause
Ini adalah lapisan peralihan troposfera ke stratosfera. Di sini pergantungan suhu berkurangan dengan peningkatan ketinggian berhenti. Tropopause ialah ketinggian minimum di mana kecerunan suhu menegak turun kepada 0.2°C/100 m Ketinggian tropopause bergantung kepada kejadian iklim yang kuat seperti taufan. Ketinggian tropopause berkurangan di atas siklon, dan meningkat di atas antisiklon.
Stratosfera dan Stratopause
Ketinggian lapisan stratosfera adalah lebih kurang 11 hingga 50 km. Terdapat sedikit perubahan suhu pada ketinggian 11 - 25 km. Pada ketinggian 25 - 40 km ia diperhatikan penyongsangan suhu, daripada 56.5 meningkat kepada 0.8°C. Dari 40 km hingga 55 km suhu kekal pada 0°C. Kawasan ini dipanggil - Stratopause.
Di Stratosfera, kesan sinaran suria pada molekul gas diperhatikan; Hampir tiada wap air dalam lapisan ini. Pesawat komersial supersonik moden terbang pada ketinggian sehingga 20 km kerana keadaan penerbangan yang stabil. Belon cuaca altitud tinggi naik ke ketinggian 40 km. Terdapat arus udara yang stabil di sini, kelajuannya mencapai 300 km/j. Juga tertumpu pada lapisan ini ozon, lapisan yang menyerap sinaran ultraungu.
Mesosfera dan Mesopause - komposisi, tindak balas, suhu
Lapisan mesosfera bermula pada ketinggian lebih kurang 50 km dan berakhir pada 80 - 90 km. Suhu berkurangan dengan peningkatan ketinggian kira-kira 0.25-0.3°C/100 m Kesan bertenaga utama di sini ialah pertukaran haba sinaran. Proses fotokimia kompleks yang melibatkan radikal bebas (mempunyai 1 atau 2 elektron tidak berpasangan) kerana mereka laksanakan bersinar suasana.
Hampir semua meteor terbakar di mesosfera. Para saintis menamakan zon ini - Ignorosfera. Zon ini sukar untuk diterokai, memandangkan penerbangan aerodinamik di sini sangat lemah kerana ketumpatan udara, iaitu 1000 kali lebih rendah daripada di Bumi. Dan untuk melancarkan satelit buatan, ketumpatan masih sangat tinggi. Penyelidikan dijalankan menggunakan roket cuaca, tetapi ini adalah penyelewengan. Mesopause lapisan peralihan antara mesosfera dan termosfera. Mempunyai suhu sekurang-kurangnya -90°C.
Talian Karman
Talian poket dipanggil sempadan antara atmosfera dan ruang Bumi. Menurut Persekutuan Penerbangan Antarabangsa (FAI), ketinggian sempadan ini ialah 100 km. Takrifan ini diberikan sebagai penghormatan kepada saintis Amerika Theodore Von Karman. Dia memutuskan bahawa pada kira-kira ketinggian ini ketumpatan atmosfera adalah sangat rendah sehingga penerbangan aerodinamik menjadi mustahil di sini, kerana kelajuan pesawat mesti lebih besar halaju melarikan diri. Pada ketinggian sedemikian, konsep penghalang bunyi kehilangan maknanya. Di sini, pesawat boleh dikawal hanya menggunakan daya reaktif.
Termosfera dan Termoopause
Sempadan atas lapisan ini adalah lebih kurang 800 km. Suhu meningkat kepada kira-kira ketinggian 300 km di mana ia mencapai kira-kira 1500 K. Di atas suhu kekal tidak berubah. Apa yang berlaku dalam lapisan ini Lampu Kutub- Berlaku akibat kesan sinaran suria ke atas udara. Proses ini juga dipanggil pengionan oksigen atmosfera.
Disebabkan jarang udara rendah, penerbangan di atas laluan Karman hanya boleh dilakukan di sepanjang trajektori balistik. Semua penerbangan orbit berawak (kecuali penerbangan ke Bulan) berlaku di lapisan atmosfera ini.
Eksosfera - ketumpatan, suhu, ketinggian
Ketinggian eksosfera melebihi 700 km. Di sini gas sangat jarang, dan prosesnya berlaku pelesapan— kebocoran zarah ke dalam ruang antara planet. Kelajuan zarah tersebut boleh mencapai 11.2 km/saat. Peningkatan dalam aktiviti suria membawa kepada pengembangan ketebalan lapisan ini.
- Cengkerang gas tidak terbang ke angkasa kerana graviti. Udara terdiri daripada zarah yang mempunyai jisimnya sendiri. Daripada undang-undang graviti kita boleh membuat kesimpulan bahawa setiap objek berjisim tertarik ke Bumi.
- Undang-undang Buys-Ballot menyatakan bahawa jika anda berada di Hemisfera Utara dan berdiri membelakangi angin, maka akan ada kawasan tekanan tinggi di sebelah kanan dan tekanan rendah di sebelah kiri. Di Hemisfera Selatan, semuanya akan menjadi sebaliknya.