Ciri-ciri lapisan atas atmosfera. Suasana

10.045×10 3 J/(kg*K) (dalam julat suhu dari 0-100°C), C v 8.3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C). Keterlarutan udara dalam air pada 0°C ialah 0.036%, pada 25°C - 0.22%.

Komposisi atmosfera

Sejarah pembentukan atmosfera

Sejarah awal

Pada masa ini, sains tidak dapat mengesan semua peringkat pembentukan Bumi dengan ketepatan seratus peratus. Menurut teori yang paling biasa, atmosfera Bumi mempunyai empat komposisi yang berbeza dari semasa ke semasa. Pada mulanya, ia terdiri daripada gas ringan (hidrogen dan helium) yang ditangkap dari ruang antara planet. Inilah yang dipanggil suasana primer. Pada peringkat seterusnya, aktiviti gunung berapi yang aktif membawa kepada ketepuan atmosfera dengan gas selain hidrogen (hidrokarbon, ammonia, wap air). Ini adalah bagaimana ia terbentuk suasana sekunder. Suasana ini memulihkan. Selanjutnya, proses pembentukan atmosfera ditentukan oleh faktor-faktor berikut:

kebocoran berterusan hidrogen 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 ini membawa kepada pembentukan suasana tertiari, dicirikan oleh kandungan hidrogen yang jauh lebih rendah dan kandungan nitrogen dan karbon dioksida yang jauh lebih tinggi (terbentuk akibat tindak balas kimia daripada ammonia dan hidrokarbon).

Kemunculan kehidupan dan oksigen

Dengan kemunculan organisma hidup di Bumi akibat fotosintesis, disertai dengan pembebasan oksigen dan penyerapan karbon dioksida, komposisi atmosfera mula berubah. Walau bagaimanapun, terdapat data (analisis komposisi isotop oksigen atmosfera dan yang dikeluarkan semasa fotosintesis) yang menunjukkan asal geologi oksigen atmosfera.

Pada mulanya, oksigen dibelanjakan untuk pengoksidaan sebatian yang dikurangkan - hidrokarbon, bentuk ferus besi yang terkandung di lautan, dll. Pada akhir peringkat ini, kandungan oksigen di atmosfera mula meningkat.

Pada tahun 1990-an, eksperimen telah dijalankan untuk mencipta sistem ekologi tertutup ("Biosphere 2"), di mana tidak mungkin untuk mencipta sistem yang stabil dengan komposisi udara yang seragam. Pengaruh mikroorganisma menyebabkan penurunan tahap oksigen dan peningkatan jumlah karbon dioksida.

Nitrogen

Pembentukan sejumlah besar N 2 adalah disebabkan oleh pengoksidaan atmosfera ammonia-hidrogen primer dengan molekul O 2, yang mula datang dari permukaan planet sebagai hasil fotosintesis, kononnya kira-kira 3 bilion tahun yang lalu (mengikut kepada versi lain, oksigen atmosfera adalah asal geologi). Nitrogen dioksidakan kepada NO di atmosfera atas, digunakan dalam industri dan diikat oleh bakteria pengikat nitrogen, manakala N2 dibebaskan ke atmosfera akibat penyahtindahan nitrat dan sebatian lain yang mengandungi nitrogen.

Nitrogen N 2 ialah gas lengai dan bertindak balas hanya dalam keadaan tertentu (contohnya, semasa nyahcas kilat). Cyanobacteria dan beberapa bakteria (contohnya, bakteria nodul yang membentuk simbiosis rhizobial dengan tumbuhan kekacang) boleh mengoksidakannya dan menukarkannya kepada bentuk biologi.

Pengoksidaan nitrogen molekul oleh nyahcas elektrik digunakan dalam pengeluaran baja nitrogen perindustrian, dan ia juga membawa kepada pembentukan deposit unik nitrat di Gurun Atacama Chile.

Gas mulia

Pembakaran bahan api adalah sumber utama gas pencemar (CO, NO, SO2). Sulfur dioksida dioksidakan oleh udara O 2 hingga SO 3 di lapisan atas atmosfera, yang berinteraksi dengan wap H 2 O dan NH 3, dan H 2 SO 4 dan (NH 4) 2 SO 4 yang terhasil kembali ke permukaan Bumi bersama dengan hujan. Penggunaan enjin pembakaran dalaman membawa kepada pencemaran atmosfera yang ketara dengan nitrogen oksida, hidrokarbon dan sebatian Pb.

Pencemaran aerosol atmosfera disebabkan oleh kedua-dua punca semula jadi (letusan gunung berapi, ribut debu, pemindahan titisan air laut dan zarah debunga, dll.) 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.

Struktur atmosfera dan ciri-ciri cengkerang individu

Keadaan fizikal atmosfera ditentukan oleh cuaca dan iklim. Parameter asas atmosfera: ketumpatan udara, tekanan, suhu dan komposisi. Apabila ketinggian meningkat, ketumpatan udara dan tekanan atmosfera berkurangan. Suhu juga berubah dengan perubahan ketinggian. Struktur menegak atmosfera dicirikan oleh suhu dan sifat elektrik yang berbeza, dan keadaan udara yang berbeza. Bergantung pada suhu di atmosfera, lapisan utama berikut dibezakan: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera, eksosfera (sfera serakan). Kawasan peralihan atmosfera antara cengkerang jiran dipanggil tropopause, stratopause, dsb., masing-masing.

Troposfera

Stratosfera

Di stratosfera, kebanyakan bahagian gelombang pendek sinaran ultraungu (180-200 nm) dikekalkan dan tenaga gelombang pendek diubah. Di bawah pengaruh sinar ini, medan magnet berubah, molekul hancur, pengionan berlaku, dan pembentukan baru gas dan sebatian kimia lain berlaku. Proses ini boleh diperhatikan dalam bentuk cahaya utara, kilat, dan cahaya lain.

Di stratosfera dan lapisan yang lebih tinggi, di bawah pengaruh sinaran suria, molekul gas berpecah kepada atom (di atas 80 km CO 2 dan H 2 berpisah, di atas 150 km - O 2, di atas 300 km - H 2). Pada ketinggian 100-400 km, pengionan gas juga berlaku di ionosfera pada ketinggian 320 km, kepekatan zarah bercas (O + 2, O − 2, N + 2) ialah ~ 1/300 daripada kepekatan zarah neutral. Di lapisan atas atmosfera terdapat radikal bebas - OH, HO 2, dll.

Hampir tiada wap air di stratosfera.

Mesosfera

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 jisim molekulnya; kepekatan gas yang lebih berat berkurangan dengan lebih cepat dengan jarak dari permukaan Bumi. Disebabkan 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 ~1500°C. Di atas 200 km, turun naik ketara dalam suhu dan ketumpatan gas dalam masa dan ruang diperhatikan.

Pada ketinggian kira-kira 2000-3000 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 yang sangat jarang ini, 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 pada komposisi gas di atmosfera, mereka mengeluarkan homosfera Dan heterosfera. Heterosfera- Ini adalah kawasan di mana graviti mempengaruhi pemisahan gas, kerana percampuran 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 atmosfera

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 15 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.

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.

Sifat 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 biasa" 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 semua 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 di 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 jisim 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.

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.

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.

Apabila kita naik ke ketinggian yang semakin tinggi di atas permukaan Bumi, fenomena biasa yang diperhatikan di lapisan bawah atmosfera seperti perambatan bunyi, kejadian daya angkat dan seretan aerodinamik, pemindahan haba secara perolakan, dsb. secara beransur-ansur melemah 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 disebabkan oleh 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 dalam atmosfera telah meningkat sebanyak 10%, dengan sebahagian besar (360 bilion tan) datang daripada pembakaran bahan api. Sekiranya 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 156 kali, 1 lawatan hari ini)

Pada paras laut 1013.25 hPa (kira-kira 760 mmHg). Purata suhu udara global di permukaan bumi ialah 15°C, dengan suhu berbeza dari kira-kira 57°C di padang pasir subtropika hingga -89°C di Antartika. Ketumpatan dan tekanan udara berkurangan dengan ketinggian mengikut undang-undang yang hampir dengan eksponen.

Struktur atmosfera. Secara menegak, atmosfera mempunyai struktur berlapis, ditentukan terutamanya oleh ciri-ciri taburan suhu menegak (angka), yang bergantung pada lokasi geografi, musim, masa hari, dan sebagainya. Lapisan bawah atmosfera - troposfera - dicirikan oleh penurunan suhu dengan ketinggian (kira-kira 6°C setiap 1 km), ketinggiannya dari 8-10 km di latitud kutub hingga 16-18 km di kawasan tropika. Disebabkan oleh penurunan pesat dalam ketumpatan udara dengan ketinggian, kira-kira 80% daripada jumlah jisim atmosfera terletak di troposfera. Di atas troposfera ialah stratosfera, lapisan yang umumnya dicirikan oleh peningkatan suhu dengan ketinggian. Lapisan peralihan antara troposfera dan stratosfera dipanggil tropopause. Di stratosfera bawah, turun ke paras kira-kira 20 km, suhu berubah sedikit dengan ketinggian (yang dipanggil rantau isoterma) dan selalunya berkurangan sedikit. Di atas itu, suhu meningkat disebabkan oleh penyerapan sinaran UV dari Matahari oleh ozon, perlahan-lahan pada mulanya, dan lebih cepat dari paras 34-36 km. Sempadan atas stratosfera - stratopause - terletak pada ketinggian 50-55 km, sepadan dengan suhu maksimum (260-270 K). Lapisan atmosfera yang terletak pada ketinggian 55-85 km, di mana suhu turun semula dengan ketinggian, dipanggil mesosfera di sempadan atasnya - mesopause - suhu mencapai 150-160 K pada musim panas, dan 200-230; K pada musim sejuk Di atas mesopause, termosfera bermula - lapisan yang dicirikan oleh peningkatan suhu yang cepat, mencapai 800-1200 K pada ketinggian 250 km Di termosfera, sinaran korpuskular dan sinar-X dari Matahari diserap. meteor diperlahankan dan dibakar, jadi ia bertindak sebagai lapisan pelindung Bumi. Lebih tinggi lagi ialah eksosfera, dari mana gas atmosfera tersebar ke angkasa lepas akibat pelesapan dan di mana peralihan beransur-ansur dari atmosfera ke ruang antara planet berlaku.

Komposisi atmosfera. Sehingga ketinggian kira-kira 100 km, atmosfera hampir homogen dalam komposisi kimia dan purata berat molekul udara (kira-kira 29) adalah malar. Berhampiran permukaan bumi, atmosfera terdiri daripada nitrogen (kira-kira 78.1% mengikut isipadu) dan oksigen (kira-kira 20.9%), dan juga mengandungi sejumlah kecil argon, karbon dioksida (karbon dioksida), neon dan komponen kekal dan berubah-ubah lain (lihat Udara ).

Di samping itu, atmosfera mengandungi sejumlah kecil ozon, nitrogen oksida, ammonia, radon, dll. Kandungan relatif komponen utama udara adalah malar dari semasa ke semasa dan seragam di kawasan geografi yang berbeza. Kandungan wap air dan ozon adalah berubah-ubah dalam ruang dan masa; Walaupun kandungannya rendah, peranan mereka dalam proses atmosfera sangat penting.

Di atas 100-110 km, pemisahan molekul oksigen, karbon dioksida dan wap air berlaku, jadi jisim molekul udara berkurangan. Pada ketinggian kira-kira 1000 km, gas ringan - helium dan hidrogen - mula mendominasi, dan lebih tinggi lagi atmosfera Bumi secara beransur-ansur berubah menjadi gas antara planet.

Komponen pembolehubah atmosfera yang paling penting ialah wap air, yang memasuki atmosfera melalui penyejatan dari permukaan air dan tanah lembap, serta melalui transpirasi oleh tumbuhan. Kandungan relatif wap air berbeza-beza di permukaan bumi daripada 2.6% di kawasan tropika kepada 0.2% di latitud kutub. Ia jatuh dengan cepat dengan ketinggian, berkurangan separuh sudah pada ketinggian 1.5-2 km. Lajur menegak atmosfera pada latitud sederhana mengandungi kira-kira 1.7 cm "lapisan air mendakan". Apabila wap air terkondensasi, awan terbentuk, dari mana kerpasan atmosfera turun dalam bentuk hujan, hujan batu, dan salji.

Komponen penting udara atmosfera ialah ozon, tertumpu 90% di stratosfera (antara 10 dan 50 km), kira-kira 10% daripadanya berada di troposfera. Ozon menyediakan penyerapan sinaran UV keras (dengan panjang gelombang kurang daripada 290 nm), dan ini adalah peranan pelindungnya untuk biosfera. Nilai jumlah kandungan ozon berbeza-beza bergantung pada latitud dan musim dalam julat dari 0.22 hingga 0.45 cm (ketebalan lapisan ozon pada tekanan p = 1 atm dan suhu T = 0°C). Dalam lubang ozon yang diperhatikan pada musim bunga di Antartika sejak awal 1980-an, kandungan ozon boleh turun kepada 0.07 cm Ia meningkat dari khatulistiwa ke kutub dan mempunyai kitaran tahunan dengan maksimum pada musim bunga dan minimum pada musim luruh, dan amplitud. kitaran tahunan adalah kecil di kawasan tropika dan berkembang ke arah latitud tinggi. Komponen pembolehubah penting atmosfera ialah karbon dioksida, kandungannya di atmosfera telah meningkat sebanyak 35% dalam tempoh 200 tahun yang lalu, yang terutamanya dijelaskan oleh faktor antropogenik. Kebolehubahan latitudin dan bermusimnya diperhatikan, dikaitkan dengan fotosintesis tumbuhan dan keterlarutan dalam air laut (mengikut hukum Henry, keterlarutan gas dalam air berkurangan dengan peningkatan suhu).

Peranan penting dalam membentuk iklim planet ini dimainkan oleh aerosol atmosfera - zarah pepejal dan cecair terampai di udara dalam julat saiz dari beberapa nm hingga berpuluh-puluh mikron. Terdapat aerosol asal semula jadi dan antropogenik. Aerosol terbentuk dalam proses tindak balas fasa gas daripada produk hidupan tumbuhan dan aktiviti ekonomi manusia, letusan gunung berapi, akibat daripada habuk yang naik oleh angin dari permukaan planet, terutamanya dari kawasan padang pasirnya, dan juga terbentuk daripada habuk kosmik yang jatuh ke lapisan atas atmosfera. Kebanyakan aerosol tertumpu di troposfera; aerosol daripada letusan gunung berapi membentuk apa yang dipanggil lapisan Junge pada ketinggian kira-kira 20 km. Jumlah terbesar aerosol antropogenik memasuki atmosfera akibat daripada operasi kenderaan dan loji kuasa haba, pengeluaran kimia, pembakaran bahan api, dan lain-lain. Oleh itu, di sesetengah kawasan komposisi atmosfera adalah ketara berbeza daripada udara biasa, yang memerlukan mewujudkan perkhidmatan khas untuk memerhati dan memantau tahap pencemaran udara atmosfera.

Evolusi atmosfera. Atmosfera moden nampaknya berasal dari asal sekunder: ia terbentuk daripada gas yang dikeluarkan oleh cangkerang pepejal Bumi selepas pembentukan planet itu selesai kira-kira 4.5 bilion tahun yang lalu. Semasa sejarah geologi Bumi, atmosfera telah mengalami perubahan ketara dalam komposisinya di bawah pengaruh beberapa faktor: pelesapan (volatilisasi) gas, terutamanya yang lebih ringan, ke angkasa lepas; pembebasan gas dari litosfera akibat aktiviti gunung berapi; tindak balas kimia antara komponen atmosfera dan batuan yang membentuk kerak bumi; tindak balas fotokimia di atmosfera itu sendiri di bawah pengaruh sinaran UV suria; pertambahan (penangkapan) jirim daripada medium antara planet (contohnya, jirim meteorik). Perkembangan atmosfera berkait rapat dengan proses geologi dan geokimia, dan sejak 3-4 bilion tahun yang lalu juga dengan aktiviti biosfera. Sebahagian besar gas yang membentuk atmosfera moden (nitrogen, karbon dioksida, wap air) timbul semasa aktiviti gunung berapi dan pencerobohan, yang membawanya dari kedalaman Bumi. Oksigen muncul dalam kuantiti yang ketara kira-kira 2 bilion tahun yang lalu hasil daripada organisma fotosintesis yang pada asalnya timbul di perairan permukaan lautan.

Berdasarkan data komposisi kimia mendapan karbonat, anggaran jumlah karbon dioksida dan oksigen dalam atmosfera masa lalu geologi diperolehi. Sepanjang Phanerozoic (570 juta tahun terakhir sejarah Bumi), jumlah karbon dioksida di atmosfera berbeza-beza secara meluas bergantung pada tahap aktiviti gunung berapi, suhu lautan dan kadar fotosintesis. Untuk kebanyakan masa ini, kepekatan karbon dioksida di atmosfera adalah jauh lebih tinggi daripada hari ini (sehingga 10 kali ganda). Jumlah oksigen dalam atmosfera Phanerozoik berubah dengan ketara, dengan kecenderungan utama ke arah peningkatannya. Dalam suasana Precambrian, jisim karbon dioksida, sebagai peraturan, lebih besar, dan jisim oksigen lebih kecil berbanding dengan atmosfera Phanerozoic. Turun naik dalam jumlah karbon dioksida memberi kesan yang ketara kepada iklim pada masa lalu, meningkatkan kesan rumah hijau dengan peningkatan kepekatan karbon dioksida, menjadikan iklim lebih panas di seluruh bahagian utama Phanerozoic berbanding era moden.

Suasana dan kehidupan. Tanpa atmosfera, Bumi akan menjadi planet mati. Kehidupan organik berlaku dalam interaksi rapat dengan atmosfera dan iklim serta cuaca yang berkaitan. Tidak ketara dalam jisim berbanding dengan planet secara keseluruhan (kira-kira bahagian dalam sejuta), atmosfera adalah keadaan yang sangat diperlukan untuk semua bentuk kehidupan. Gas-gas atmosfera yang paling penting untuk kehidupan organisma ialah oksigen, nitrogen, wap air, karbon dioksida, dan ozon. Apabila karbon dioksida diserap oleh tumbuhan fotosintesis, bahan organik tercipta, yang digunakan sebagai sumber tenaga oleh sebahagian besar makhluk hidup, termasuk manusia. Oksigen diperlukan untuk kewujudan organisma aerobik, yang mana aliran tenaga disediakan oleh tindak balas pengoksidaan bahan organik. Nitrogen, diasimilasikan oleh beberapa mikroorganisma (pengikat nitrogen), diperlukan untuk pemakanan mineral tumbuhan. Ozon, yang menyerap sinaran UV keras dari Matahari, melemahkan bahagian sinaran suria yang berbahaya kepada kehidupan dengan ketara. Pemeluwapan wap air di atmosfera, pembentukan awan dan pemendakan seterusnya membekalkan air ke darat, tanpanya tiada bentuk kehidupan yang mungkin. Aktiviti penting organisma dalam hidrosfera sebahagian besarnya ditentukan oleh jumlah dan komposisi kimia gas atmosfera yang terlarut dalam air. Oleh kerana komposisi kimia atmosfera sangat bergantung kepada aktiviti organisma, biosfera dan atmosfera boleh dianggap sebagai sebahagian daripada sistem tunggal, penyelenggaraan dan evolusinya (lihat kitaran Biogeokimia) adalah sangat penting untuk mengubah komposisi atmosfera sepanjang sejarah Bumi sebagai sebuah planet.

Sinaran, haba dan keseimbangan air atmosfera. Sinaran suria boleh dikatakan satu-satunya sumber tenaga untuk semua proses fizikal di atmosfera. Ciri utama rejim sinaran atmosfera ialah apa yang dipanggil kesan rumah hijau: atmosfera menghantar sinaran suria ke permukaan bumi dengan baik, tetapi secara aktif menyerap sinaran gelombang panjang terma dari permukaan bumi, sebahagian daripadanya kembali ke permukaan. dalam bentuk sinaran balas, mengimbangi kehilangan haba sinaran dari permukaan bumi (lihat sinaran Atmosfera ). Sekiranya tiada atmosfera, suhu purata permukaan bumi ialah -18°C, tetapi pada hakikatnya ialah 15°C. Sinaran suria yang masuk sebahagiannya (kira-kira 20%) diserap ke atmosfera (terutamanya oleh wap air, titisan air, karbon dioksida, ozon dan aerosol), dan juga diserakkan (kira-kira 7%) oleh zarah aerosol dan turun naik ketumpatan (penyerakan Rayleigh) . Jumlah sinaran yang sampai ke permukaan bumi sebahagiannya (kira-kira 23%) dipantulkan daripadanya. Pekali pemantulan ditentukan oleh pemantulan permukaan asas, yang dipanggil albedo. Secara purata, albedo Bumi untuk fluks integral sinaran suria adalah hampir 30%. Ia berbeza dari beberapa peratus (tanah kering dan tanah hitam) hingga 70-90% untuk salji yang baru jatuh. Pertukaran haba sinaran antara permukaan bumi dan atmosfera amat bergantung kepada albedo dan ditentukan oleh sinaran berkesan permukaan bumi dan sinaran balas atmosfera yang diserap olehnya. Jumlah algebra bagi fluks sinaran yang memasuki atmosfera bumi dari angkasa lepas dan meninggalkannya kembali dipanggil keseimbangan sinaran.

Transformasi sinaran suria selepas diserap oleh atmosfera dan permukaan bumi menentukan keseimbangan haba Bumi sebagai sebuah planet. Sumber utama haba untuk atmosfera ialah permukaan bumi; haba daripadanya dipindahkan bukan sahaja dalam bentuk sinaran gelombang panjang, tetapi juga melalui perolakan, dan juga dibebaskan semasa pemeluwapan wap air. Bahagian aliran masuk haba ini adalah secara purata masing-masing 20%, 7% dan 23%. Kira-kira 20% haba juga ditambah di sini disebabkan oleh penyerapan sinaran suria langsung. Fluks sinaran suria seunit masa melalui satu kawasan berserenjang dengan sinaran matahari dan terletak di luar atmosfera pada jarak purata dari Bumi ke Matahari (yang dipanggil pemalar suria) adalah sama dengan 1367 W/m2, perubahan adalah 1-2 W/m2 bergantung kepada kitaran aktiviti suria. Dengan albedo planet kira-kira 30%, purata masa kemasukan tenaga suria global ke planet ini ialah 239 W/m2. Memandangkan Bumi sebagai planet memancarkan secara purata jumlah tenaga yang sama ke angkasa, maka, mengikut undang-undang Stefan-Boltzmann, suhu berkesan sinaran gelombang panjang terma yang keluar ialah 255 K (-18 ° C). Pada masa yang sama, suhu purata permukaan bumi ialah 15°C. Perbezaan 33°C adalah disebabkan oleh kesan rumah hijau.

Keseimbangan air atmosfera umumnya sepadan dengan kesamaan jumlah lembapan yang tersejat dari permukaan Bumi dan jumlah kerpasan yang jatuh di permukaan Bumi. Atmosfera di atas lautan menerima lebih banyak lembapan daripada proses penyejatan berbanding di darat, dan kehilangan 90% dalam bentuk pemendakan. Lebihan wap air di atas lautan diangkut ke benua oleh arus udara. Jumlah wap air yang dipindahkan ke atmosfera dari lautan ke benua adalah sama dengan isipadu sungai yang mengalir ke lautan.

Pergerakan udara. Bumi adalah sfera, lebih sedikit sinaran suria yang mencapai latitud tinggi daripada kawasan tropika. Akibatnya, perbezaan suhu yang besar timbul antara latitud. Taburan suhu juga dipengaruhi dengan ketara oleh kedudukan relatif lautan dan benua. Disebabkan oleh jisim perairan lautan yang besar dan kapasiti haba air yang tinggi, turun naik bermusim dalam suhu permukaan lautan adalah lebih rendah daripada di darat. Dalam hal ini, di latitud tengah dan tinggi, suhu udara di atas lautan pada musim panas nyata lebih rendah daripada di benua, dan lebih tinggi pada musim sejuk.

Pemanasan atmosfera yang tidak sekata di kawasan yang berbeza di dunia menyebabkan taburan tekanan atmosfera yang tidak homogen secara spatial. Di aras laut, taburan tekanan dicirikan oleh nilai yang agak rendah berhampiran khatulistiwa, peningkatan di subtropika (tali pinggang tekanan tinggi) dan berkurangan di latitud tengah dan tinggi. Pada masa yang sama, di atas benua latitud ekstratropika, tekanan biasanya meningkat pada musim sejuk dan menurun pada musim panas, yang dikaitkan dengan taburan suhu. Di bawah pengaruh kecerunan tekanan, udara mengalami pecutan yang diarahkan dari kawasan tekanan tinggi ke kawasan tekanan rendah, yang membawa kepada pergerakan jisim udara. Jisim udara yang bergerak juga dipengaruhi oleh daya pesong putaran Bumi (daya Coriolis), daya geseran, yang berkurangan dengan ketinggian, dan, untuk trajektori melengkung, daya empar. Percampuran bergelora udara adalah sangat penting (lihat Pergolakan dalam atmosfera).

Sistem arus udara yang kompleks (peredaran atmosfera am) dikaitkan dengan taburan tekanan planet. Dalam satah meridional, secara purata, dua atau tiga sel peredaran meridional boleh dikesan. Berhampiran khatulistiwa, udara panas naik dan turun di subtropika, membentuk sel Hadley. Udara sel Ferrell terbalik juga turun ke sana. Pada latitud tinggi, sel kutub lurus selalunya kelihatan. Halaju edaran meridian adalah pada tertib 1 m/s atau kurang. Disebabkan oleh daya Coriolis, angin barat diperhatikan di kebanyakan atmosfera dengan kelajuan di troposfera tengah kira-kira 15 m/s. Terdapat sistem angin yang agak stabil. Ini termasuk angin perdagangan - angin bertiup dari tali pinggang tekanan tinggi di subtropika ke khatulistiwa dengan komponen timur yang ketara (dari timur ke barat). Monsun agak stabil - arus udara yang mempunyai watak bermusim yang jelas: ia bertiup dari lautan ke tanah besar pada musim panas dan ke arah yang bertentangan pada musim sejuk. Musim monsun Lautan Hindi adalah biasa. Di latitud pertengahan, pergerakan jisim udara terutamanya ke arah barat (dari barat ke timur). Ini adalah zon bahagian hadapan atmosfera di mana vorteks besar timbul - siklon dan antisiklon, meliputi beratus-ratus malah beribu-ribu kilometer. Siklon juga berlaku di kawasan tropika; di sini mereka dibezakan dengan saiznya yang lebih kecil, tetapi kelajuan angin yang sangat tinggi, mencapai kekuatan taufan (33 m/s atau lebih), yang dipanggil siklon tropika. Di Atlantik dan Lautan Pasifik timur mereka dipanggil taufan, dan di Lautan Pasifik barat mereka dipanggil taufan. Di troposfera atas dan stratosfera bawah, di kawasan yang memisahkan sel peredaran meridional Hadley langsung dan sel Ferrell terbalik, agak sempit, lebar ratusan kilometer, aliran jet dengan sempadan yang jelas jelas sering diperhatikan, di mana angin mencapai 100-150 dan juga 200 m/ Dengan.

Iklim dan cuaca. Perbezaan dalam jumlah sinaran suria yang tiba di latitud berbeza ke permukaan bumi, yang berbeza-beza dalam sifat fizikalnya, menentukan kepelbagaian iklim Bumi. Dari khatulistiwa ke latitud tropika, suhu udara di permukaan bumi purata 25-30°C dan sedikit berbeza sepanjang tahun. Di tali pinggang khatulistiwa, biasanya terdapat banyak hujan, yang mewujudkan keadaan kelembapan berlebihan di sana. Di zon tropika, hujan berkurangan dan di beberapa kawasan menjadi sangat rendah. Berikut adalah padang pasir yang luas di Bumi.

Di latitud subtropika dan tengah, suhu udara berbeza-beza dengan ketara sepanjang tahun, dan perbezaan antara suhu musim panas dan musim sejuk amat besar di kawasan benua yang jauh dari lautan. Oleh itu, di beberapa kawasan di Siberia Timur, julat suhu udara tahunan mencapai 65°C. Keadaan pelembapan di latitud ini sangat pelbagai, bergantung terutamanya pada rejim peredaran atmosfera umum dan berbeza dengan ketara dari tahun ke tahun.

Di latitud kutub, suhu kekal rendah sepanjang tahun, walaupun terdapat perubahan bermusim yang ketara. Ini menyumbang kepada pengedaran meluas penutupan ais di lautan dan daratan dan permafrost, yang menduduki lebih 65% kawasannya di Rusia, terutamanya di Siberia.

Sepanjang dekad yang lalu, perubahan dalam iklim global telah menjadi semakin ketara. Suhu meningkat lebih banyak pada latitud tinggi berbanding latitud rendah; lebih banyak pada musim sejuk berbanding musim panas; lebih banyak pada waktu malam berbanding siang hari. Sepanjang abad ke-20, purata suhu udara tahunan di permukaan bumi di Rusia meningkat sebanyak 1.5-2°C, dan di beberapa kawasan Siberia peningkatan beberapa darjah diperhatikan. Ini dikaitkan dengan peningkatan kesan rumah hijau akibat peningkatan kepekatan gas surih.

Cuaca ditentukan oleh keadaan peredaran atmosfera dan lokasi geografi kawasan itu paling stabil di kawasan tropika dan paling berubah-ubah di latitud tengah dan tinggi. Cuaca berubah terutamanya dalam zon perubahan jisim udara yang disebabkan oleh laluan bahagian hadapan atmosfera, siklon dan antisiklon yang membawa kerpasan dan peningkatan angin. Data untuk ramalan cuaca dikumpul di stesen cuaca berasaskan darat, kapal dan pesawat, dan dari satelit meteorologi. Lihat juga Meteorologi.

Fenomena optik, akustik dan elektrik di atmosfera. Apabila sinaran elektromagnet merambat di atmosfera, akibat pembiasan, penyerapan dan penyerakan cahaya oleh udara dan pelbagai zarah (aerosol, hablur ais, titisan air), pelbagai fenomena optik timbul: pelangi, mahkota, lingkaran cahaya, fatamorgana, dll. serakan cahaya menentukan ketinggian jelas bilik kebal syurga dan warna biru langit. Julat keterlihatan objek ditentukan oleh keadaan perambatan cahaya di atmosfera (lihat Keterlihatan Atmosfera). Ketelusan atmosfera pada panjang gelombang yang berbeza menentukan julat komunikasi dan keupayaan untuk mengesan objek dengan instrumen, termasuk kemungkinan pemerhatian astronomi dari permukaan Bumi. Untuk kajian ketidakhomogenan optik stratosfera dan mesosfera, fenomena senja memainkan peranan penting. Sebagai contoh, mengambil gambar senja dari kapal angkasa memungkinkan untuk mengesan lapisan aerosol. Ciri-ciri penyebaran sinaran elektromagnet di atmosfera menentukan ketepatan kaedah untuk penderiaan jauh parameternya. Semua soalan ini, serta banyak soalan lain, dikaji oleh optik atmosfera. Pembiasan dan penyerakan gelombang radio menentukan kemungkinan penerimaan radio (lihat Penyebaran gelombang radio).

Penyebaran bunyi di atmosfera bergantung pada taburan spatial suhu dan kelajuan angin (lihat Akustik Atmosfera). Ia menarik untuk penderiaan atmosfera dengan kaedah jauh. Letupan caj yang dilancarkan oleh roket ke atmosfera atas memberikan maklumat yang kaya tentang sistem angin dan variasi suhu di stratosfera dan mesosfera. Dalam suasana berstrata yang stabil, apabila suhu menurun dengan ketinggian lebih perlahan daripada kecerunan adiabatik (9.8 K/km), yang dipanggil gelombang dalaman timbul. Gelombang ini boleh merambat ke atas ke dalam stratosfera dan juga ke dalam mesosfera, di mana ia melemah, menyumbang kepada peningkatan angin dan pergolakan.

Caj negatif Bumi dan medan elektrik yang terhasil, atmosfera, bersama-sama dengan ionosfera dan magnetosfera bercas elektrik, mencipta litar elektrik global. Pembentukan awan dan elektrik ribut petir memainkan peranan penting dalam hal ini. Bahaya pelepasan kilat memerlukan pembangunan kaedah perlindungan kilat untuk bangunan, struktur, talian kuasa dan komunikasi. Fenomena ini menimbulkan bahaya tertentu kepada penerbangan. Pelepasan kilat menyebabkan gangguan radio atmosfera, dipanggil atmosfera (lihat Atmosfera bersiul). Semasa peningkatan mendadak dalam kekuatan medan elektrik, pelepasan bercahaya diperhatikan yang muncul pada hujung dan sudut tajam objek yang menonjol di atas permukaan bumi, pada puncak individu di pergunungan, dsb. (Lampu Elma). Atmosfera sentiasa mengandungi jumlah ion ringan dan berat yang sangat berbeza-beza, bergantung pada keadaan tertentu, yang menentukan kekonduksian elektrik atmosfera. Pengion utama udara berhampiran permukaan bumi adalah sinaran daripada bahan radioaktif yang terkandung dalam kerak bumi dan atmosfera, serta sinaran kosmik. Lihat juga Elektrik atmosfera.

Pengaruh manusia terhadap atmosfera. Sejak berabad-abad yang lalu, terdapat peningkatan kepekatan gas rumah hijau di atmosfera akibat aktiviti ekonomi manusia. Peratusan karbon dioksida meningkat daripada 2.8-10 2 dua ratus tahun lalu kepada 3.8-10 2 pada tahun 2005, kandungan metana - daripada 0.7-10 1 kira-kira 300-400 tahun lalu kepada 1.8-10 -4 pada awal 21hb. abad; kira-kira 20% daripada peningkatan kesan rumah hijau sepanjang abad yang lalu datang daripada freon, yang boleh dikatakan tiada di atmosfera sehingga pertengahan abad ke-20. Bahan-bahan ini diiktiraf sebagai penipis ozon stratosfera, dan pengeluarannya dilarang oleh Protokol Montreal 1987. Peningkatan kepekatan karbon dioksida di atmosfera disebabkan oleh pembakaran jumlah arang batu, minyak, gas dan jenis bahan api karbon lain yang semakin meningkat, serta pembersihan hutan, yang mengakibatkan penurunan dalam penyerapan. karbon dioksida melalui fotosintesis. Kepekatan metana meningkat dengan peningkatan dalam pengeluaran minyak dan gas (disebabkan oleh kerugiannya), serta dengan pengembangan tanaman padi dan peningkatan dalam bilangan lembu. Semua ini menyumbang kepada pemanasan iklim.

Untuk mengubah cuaca, kaedah telah dibangunkan untuk mempengaruhi proses atmosfera secara aktif. Ia digunakan untuk melindungi tumbuhan pertanian daripada hujan batu dengan menyebarkan reagen khas dalam awan petir. Terdapat juga kaedah untuk menyebarkan kabus di lapangan terbang, melindungi tumbuhan daripada fros, mempengaruhi awan untuk meningkatkan kerpasan di kawasan yang dikehendaki, atau untuk menyebarkan awan semasa acara awam.

Kajian tentang suasana. Maklumat tentang proses fizikal di atmosfera diperoleh terutamanya daripada pemerhatian meteorologi, yang dijalankan oleh rangkaian global stesen dan pos meteorologi yang beroperasi secara kekal yang terletak di semua benua dan di banyak pulau. Pemerhatian harian memberikan maklumat tentang suhu dan kelembapan udara, tekanan dan kerpasan atmosfera, kekeruhan, angin, dsb. Pemerhatian sinaran suria dan perubahannya dilakukan di stesen aktinometri. Sangat penting untuk kajian atmosfera adalah rangkaian stesen aerologi, di mana pengukuran meteorologi dijalankan sehingga ketinggian 30-35 km menggunakan radiosonde. Di beberapa stesen, pemerhatian ozon atmosfera, fenomena elektrik di atmosfera, dan komposisi kimia udara dijalankan.

Data dari stesen darat ditambah dengan pemerhatian di lautan, di mana "kapal cuaca" beroperasi, sentiasa terletak di kawasan tertentu di Lautan Dunia, serta maklumat meteorologi yang diterima daripada penyelidikan dan kapal lain.

Dalam dekad kebelakangan ini, semakin banyak maklumat tentang atmosfera telah diperoleh menggunakan satelit meteorologi, yang membawa instrumen untuk mengambil gambar awan dan mengukur fluks sinaran ultraungu, inframerah dan gelombang mikro daripada Matahari. Satelit memungkinkan untuk mendapatkan maklumat tentang profil menegak suhu, kekeruhan dan bekalan airnya, unsur keseimbangan sinaran atmosfera, suhu permukaan laut, dsb. Menggunakan pengukuran pembiasan isyarat radio daripada sistem satelit navigasi, ia adalah mungkin untuk menentukan profil menegak ketumpatan, tekanan dan suhu, serta kandungan lembapan di atmosfera . Dengan bantuan satelit, adalah mungkin untuk menjelaskan nilai pemalar suria dan albedo planet Bumi, membina peta keseimbangan sinaran sistem atmosfera Bumi, mengukur kandungan dan kebolehubahan pencemar atmosfera kecil, dan menyelesaikannya. banyak lagi masalah fizik atmosfera dan pemantauan alam sekitar.

Lit.: Budyko M.I. Iklim pada masa lalu dan akan datang. L., 1980; Matveev L. T. Kursus meteorologi am. Fizik atmosfera. ed ke-2. L., 1984; Budyko M.I., Ronov A.B., Yanshin A.L. Sejarah atmosfera. L., 1985; Khrgian A. Kh. Fizik Atmosfera. M., 1986; Suasana: Direktori. L., 1991; Khromov S.P., Petrosyants M.A. Meteorologi dan klimatologi. ed ke-5. M., 2001.

G. S. Golitsyn, N. A. Zaitseva.

Dunia di sekeliling kita terbentuk daripada tiga bahagian yang sangat berbeza: bumi, air dan udara. Setiap daripada mereka adalah unik dan menarik dengan cara tersendiri. Sekarang kita hanya akan bercakap tentang yang terakhir. Apakah suasana? Bagaimana ia terhasil? Apakah kandungannya dan dibahagikan kepada bahagian apa? Semua soalan ini sangat menarik.

Nama "atmosfera" itu sendiri terbentuk daripada dua perkataan asal Yunani, diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia yang bermaksud "wap" dan "bola". Dan jika anda melihat definisi yang tepat, anda boleh membaca yang berikut: "Atmosfera ialah cangkang udara planet Bumi, yang bergegas bersamanya di angkasa lepas." Ia berkembang selari dengan proses geologi dan geokimia yang berlaku di planet ini. Dan hari ini semua proses yang berlaku dalam organisma hidup bergantung padanya. Tanpa atmosfera, planet ini akan menjadi padang pasir yang tidak bernyawa, seperti Bulan.

Apakah kandungannya?

Persoalan tentang suasana dan elemen apa yang terkandung di dalamnya telah menarik minat orang untuk masa yang lama. Komponen utama cangkang ini telah diketahui pada tahun 1774. Mereka dipasang oleh Antoine Lavoisier. Beliau mendapati bahawa komposisi atmosfera sebahagian besarnya terdiri daripada nitrogen dan oksigen. Dari masa ke masa, komponennya telah diperhalusi. Dan kini diketahui bahawa ia mengandungi banyak gas lain, serta air dan habuk.

Mari kita lihat lebih dekat apa yang membentuk atmosfera Bumi berhampiran permukaannya. Gas yang paling biasa ialah nitrogen. Ia mengandungi lebih sedikit daripada 78 peratus. Tetapi, walaupun jumlah yang begitu besar, nitrogen boleh dikatakan tidak aktif di udara.

Unsur seterusnya dalam kuantiti dan sangat penting dalam kepentingan ialah oksigen. Gas ini mengandungi hampir 21%, dan ia mempamerkan aktiviti yang sangat tinggi. Fungsi khususnya adalah untuk mengoksidakan bahan organik mati, yang terurai akibat tindak balas ini.

Gas rendah tetapi penting

Gas ketiga yang merupakan sebahagian daripada atmosfera ialah argon. Ia kurang daripada satu peratus. Selepas ia datang karbon dioksida dengan neon, helium dengan metana, kripton dengan hidrogen, xenon, ozon dan juga ammonia. Tetapi terdapat begitu sedikit daripada mereka sehingga peratusan komponen tersebut adalah sama dengan perseratus, perseribu dan persejuta. Daripada jumlah ini, hanya karbon dioksida yang memainkan peranan penting, kerana ia adalah bahan binaan yang diperlukan oleh tumbuhan untuk fotosintesis. Fungsi pentingnya yang lain adalah untuk menyekat sinaran dan menyerap sebahagian daripada haba matahari.

Satu lagi gas kecil tetapi penting, ozon wujud untuk memerangkap sinaran ultraungu yang datang dari Matahari. Terima kasih kepada harta ini, semua kehidupan di planet ini dilindungi dengan pasti. Sebaliknya, ozon menjejaskan suhu stratosfera. Kerana fakta bahawa ia menyerap sinaran ini, udara menjadi panas.

Ketekalan komposisi kuantitatif atmosfera dikekalkan dengan pencampuran tanpa henti. Lapisannya bergerak secara mendatar dan menegak. Oleh itu, di mana-mana sahaja di dunia terdapat oksigen yang mencukupi dan tiada karbon dioksida yang berlebihan.

Apa lagi yang ada di udara?

Perlu diingatkan bahawa wap dan habuk boleh didapati di ruang udara. Yang terakhir ini terdiri daripada zarah debunga dan tanah; di bandar mereka bergabung dengan kekotoran pelepasan pepejal daripada gas ekzos.

Tetapi terdapat banyak air di atmosfera. Di bawah keadaan tertentu, ia terpeluwap dan awan dan kabus muncul. Pada dasarnya, ini adalah perkara yang sama, hanya yang pertama kelihatan tinggi di atas permukaan Bumi, dan yang terakhir tersebar di sepanjangnya. Awan mempunyai bentuk yang berbeza. Proses ini bergantung pada ketinggian di atas Bumi.

Jika mereka membentuk 2 km di atas tanah, maka mereka dipanggil berlapis. Dari merekalah hujan mencurah ke atas tanah atau salji turun. Di atasnya, awan kumulus terbentuk sehingga ketinggian 8 km. Mereka sentiasa yang paling cantik dan indah. Merekalah yang memandang mereka dan tertanya-tanya bagaimana rupa mereka. Jika formasi sedemikian muncul dalam 10 km seterusnya, ia akan menjadi sangat ringan dan lapang. Nama mereka berbulu.

Apakah lapisan atmosfera dibahagikan?

Walaupun mereka mempunyai suhu yang sangat berbeza antara satu sama lain, adalah sangat sukar untuk mengetahui ketinggian tertentu satu lapisan bermula dan satu lagi berakhir. Pembahagian ini sangat bersyarat dan adalah anggaran. Walau bagaimanapun, lapisan atmosfera masih wujud dan melaksanakan fungsinya.

Bahagian terbawah cengkerang udara dipanggil troposfera. Ketebalannya bertambah apabila ia bergerak dari kutub ke khatulistiwa dari 8 hingga 18 km. Ini adalah bahagian atmosfera yang paling panas kerana udara di dalamnya dipanaskan oleh permukaan bumi. Kebanyakan wap air tertumpu di troposfera, itulah sebabnya awan terbentuk, hujan turun, ribut petir berdentum dan angin bertiup.

Lapisan seterusnya adalah kira-kira 40 km tebal dan dipanggil stratosfera. Jika seorang pemerhati bergerak ke bahagian udara ini, dia akan mendapati langit telah bertukar menjadi ungu. Ini dijelaskan oleh ketumpatan rendah bahan, yang praktikalnya tidak menyebarkan sinaran matahari. Di lapisan inilah pesawat jet terbang. Semua ruang terbuka terbuka untuk mereka, kerana hampir tidak ada awan. Di dalam stratosfera terdapat lapisan yang terdiri daripada sejumlah besar ozon.

Selepas itu datang stratopause dan mesosfera. Yang terakhir adalah kira-kira 30 km tebal. Ia dicirikan oleh penurunan mendadak dalam ketumpatan dan suhu udara. Langit kelihatan hitam kepada pemerhati. Di sini anda juga boleh menonton bintang pada siang hari.

Lapisan yang hampir tidak ada udara

Struktur atmosfera diteruskan dengan lapisan yang dipanggil termosfera - yang terpanjang dari semua yang lain, ketebalannya mencapai 400 km. Lapisan ini dibezakan oleh suhu yang sangat besar, yang boleh mencapai 1700 °C.

Dua sfera terakhir sering digabungkan menjadi satu dan dipanggil ionosfera. Ini disebabkan oleh fakta bahawa tindak balas berlaku di dalamnya dengan pembebasan ion. Lapisan inilah yang memungkinkan untuk melihat fenomena semula jadi seperti cahaya utara.

50 km seterusnya dari Bumi diperuntukkan kepada eksosfera. Ini adalah kulit luar atmosfera. Ia menyebarkan zarah udara ke angkasa. Satelit cuaca biasanya bergerak dalam lapisan ini.

Atmosfera bumi berakhir dengan magnetosfera. Dialah yang melindungi kebanyakan satelit buatan planet ini.

Selepas semua yang telah diperkatakan, sepatutnya tidak ada soalan lagi tentang apa suasana itu. Jika anda mempunyai sebarang keraguan tentang keperluannya, ia boleh dihilangkan dengan mudah.

Maksud suasana

Fungsi utama atmosfera adalah untuk melindungi permukaan planet daripada terlalu panas pada waktu siang dan penyejukan berlebihan pada waktu malam. Tujuan penting seterusnya cangkerang ini, yang tidak akan dipertikaikan oleh sesiapa pun, adalah untuk membekalkan oksigen kepada semua makhluk hidup. Tanpa ini mereka akan sesak nafas.

Kebanyakan meteorit terbakar di lapisan atas, tidak pernah sampai ke permukaan bumi. Dan orang ramai boleh mengagumi lampu terbang, mengira mereka sebagai bintang jatuh. Tanpa atmosfera, seluruh Bumi akan dipenuhi dengan kawah. Dan perlindungan daripada sinaran suria telah pun dibincangkan di atas.

Bagaimanakah seseorang mempengaruhi suasana?

Sangat negatif. Ini disebabkan oleh aktiviti manusia yang semakin meningkat. Bahagian utama semua aspek negatif jatuh pada industri dan pengangkutan. Dengan cara ini, ia adalah kereta yang mengeluarkan hampir 60% daripada semua bahan pencemar yang menembusi ke atmosfera. Empat puluh yang selebihnya dibahagikan antara tenaga dan industri, serta industri pelupusan sisa.

Senarai bahan berbahaya yang mengisi udara setiap hari adalah sangat panjang. Oleh kerana pengangkutan di atmosfera terdapat: nitrogen dan sulfur, karbon, biru dan jelaga, serta karsinogen kuat yang menyebabkan kanser kulit - benzopyrene.

Industri menyumbang unsur kimia berikut: sulfur dioksida, hidrokarbon dan hidrogen sulfida, ammonia dan fenol, klorin dan fluorin. Jika proses itu diteruskan, persoalan akan terjawab tidak lama lagi: “Apakah suasananya? Apakah kandungannya? akan berbeza sama sekali.

Suasana(dari bahasa Yunani atmos - wap dan spharia - bola) - cangkang udara Bumi, berputar dengannya. Perkembangan atmosfera berkait rapat dengan proses geologi dan geokimia yang berlaku di planet kita, serta aktiviti organisma hidup.

Sempadan bawah atmosfera bertepatan dengan permukaan Bumi, kerana udara menembusi ke dalam liang terkecil di dalam tanah dan larut walaupun dalam air.

Sempadan atas pada ketinggian 2000-3000 km secara beransur-ansur melepasi angkasa lepas.

Terima kasih kepada atmosfera, yang mengandungi oksigen, kehidupan di Bumi adalah mungkin. Oksigen atmosfera digunakan dalam proses pernafasan manusia, haiwan, dan tumbuhan.

Jika tiada atmosfera, Bumi akan senyap seperti Bulan. Lagipun, bunyi adalah getaran zarah udara. Warna biru langit dijelaskan oleh fakta bahawa sinaran matahari, yang melalui atmosfera, seperti melalui kanta, diuraikan menjadi warna komponennya. Dalam kes ini, sinaran warna biru dan biru paling banyak bertaburan.

Atmosfera memerangkap kebanyakan sinaran ultraungu matahari, yang memberi kesan buruk kepada organisma hidup. Ia juga mengekalkan haba berhampiran permukaan Bumi, menghalang planet kita daripada menjadi sejuk.

Struktur atmosfera

Di atmosfera, beberapa lapisan boleh dibezakan, berbeza dalam ketumpatan (Rajah 1).

Troposfera

Troposfera- lapisan terendah atmosfera, ketebalannya di atas kutub adalah 8-10 km, di latitud sederhana - 10-12 km, dan di atas khatulistiwa - 16-18 km.

nasi. 1. Struktur atmosfera Bumi

Udara di troposfera dipanaskan oleh permukaan bumi, iaitu melalui darat dan air. Oleh itu, suhu udara dalam lapisan ini berkurangan dengan ketinggian purata 0.6 °C untuk setiap 100 m Di sempadan atas troposfera ia mencapai -55 °C. Pada masa yang sama, di kawasan khatulistiwa di sempadan atas troposfera, suhu udara ialah -70 °C, dan di kawasan Kutub Utara -65 °C.

Kira-kira 80% daripada jisim atmosfera tertumpu di troposfera, hampir semua wap air terletak, ribut petir, ribut, awan dan kerpasan berlaku, dan pergerakan menegak (konveksi) dan mendatar (angin) berlaku.

Kita boleh mengatakan bahawa cuaca terutamanya terbentuk di troposfera.

Stratosfera

Stratosfera- lapisan atmosfera yang terletak di atas troposfera pada ketinggian 8 hingga 50 km. Warna langit dalam lapisan ini kelihatan ungu, yang dijelaskan oleh penipisan udara, kerana sinar matahari hampir tidak tersebar.

Stratosfera mengandungi 20% daripada jisim atmosfera. Udara dalam lapisan ini jarang, hampir tiada wap air, dan oleh itu hampir tiada awan dan bentuk kerpasan. Walau bagaimanapun, arus udara yang stabil diperhatikan di stratosfera, kelajuannya mencapai 300 km/j.

Lapisan ini tertumpu ozon(skrin ozon, ozonosfera), lapisan yang menyerap sinaran ultraungu, menghalangnya daripada sampai ke Bumi dan dengan itu melindungi organisma hidup di planet kita. Terima kasih kepada ozon, suhu udara di sempadan atas stratosfera berkisar antara -50 hingga 4-55 °C.

Di antara mesosfera dan stratosfera terdapat zon peralihan - stratopause.

Mesosfera

Mesosfera- lapisan atmosfera yang terletak pada ketinggian 50-80 km. Ketumpatan udara di sini adalah 200 kali lebih rendah daripada di permukaan Bumi. Warna langit di mesosfera kelihatan hitam, dan bintang kelihatan pada siang hari. Suhu udara turun kepada -75 (-90)°C.

Pada ketinggian 80 km bermula termosfera. Suhu udara di lapisan ini meningkat secara mendadak hingga ketinggian 250 m, dan kemudian menjadi malar: pada ketinggian 150 km ia mencapai 220-240 ° C; pada ketinggian 500-600 km melebihi 1500 °C.

Dalam mesosfera dan termosfera, di bawah pengaruh sinar kosmik, molekul gas hancur menjadi zarah atom bercas (terion, jadi bahagian atmosfera ini dipanggil ionosfera- lapisan udara yang sangat jarang, terletak pada ketinggian 50 hingga 1000 km, yang terdiri terutamanya daripada atom oksigen terion, molekul nitrogen oksida dan elektron bebas. Lapisan ini dicirikan oleh elektrifikasi tinggi, dan gelombang radio panjang dan sederhana dipantulkan daripadanya, seperti dari cermin.

Dalam ionosfera, aurora muncul - cahaya gas jarang di bawah pengaruh zarah bercas elektrik yang terbang dari Matahari - dan turun naik tajam dalam medan magnet diperhatikan.

Eksosfera

Eksosfera- lapisan luar atmosfera yang terletak di atas 1000 km. Lapisan ini juga dipanggil sfera serakan, kerana zarah gas bergerak ke sini pada kelajuan tinggi dan boleh bertaburan ke angkasa lepas.

Komposisi atmosfera

Atmosfera ialah campuran gas yang terdiri daripada nitrogen (78.08%), oksigen (20.95%), karbon dioksida (0.03%), argon (0.93%), sejumlah kecil helium, neon, xenon, kripton (0.01%), ozon dan gas lain, tetapi kandungannya boleh diabaikan (Jadual 1). Komposisi moden udara Bumi telah ditubuhkan lebih daripada seratus juta tahun yang lalu, tetapi aktiviti pengeluaran manusia yang meningkat secara mendadak membawa kepada perubahannya. Pada masa ini, terdapat peningkatan kandungan CO 2 kira-kira 10-12%.

Gas-gas yang membentuk atmosfera melaksanakan pelbagai peranan berfungsi. Walau bagaimanapun, kepentingan utama gas-gas ini ditentukan terutamanya oleh fakta bahawa ia sangat kuat menyerap tenaga pancaran dan dengan itu mempunyai kesan yang ketara ke atas rejim suhu permukaan dan atmosfera Bumi.

Jadual 1. Komposisi kimia udara atmosfera kering berhampiran permukaan bumi

	Kepekatan isipadu. %	Berat molekul, unit

Oksigen

Karbon dioksida





Nitrous oksida
	dari 0 hingga 0.00001
Sulfur dioksida	dari 0 hingga 0.000007 pada musim panas; dari 0 hingga 0.000002 pada musim sejuk
	Dari 0 hingga 0.000002	46,0055/17,03061
Azog dioksida

Karbon monoksida

Nitrogen, Gas yang paling biasa di atmosfera, ia secara kimia sedikit aktif.

Oksigen, tidak seperti nitrogen, adalah unsur kimia yang sangat aktif. Fungsi khusus oksigen ialah pengoksidaan bahan organik organisma heterotrofik, batu dan gas teroksida yang dipancarkan ke atmosfera oleh gunung berapi. Tanpa oksigen, tidak akan ada penguraian bahan organik mati.

Peranan karbon dioksida dalam atmosfera sangat besar. Ia memasuki atmosfera sebagai hasil daripada proses pembakaran, pernafasan organisma hidup, dan pereputan dan, pertama sekali, bahan binaan utama untuk penciptaan bahan organik semasa fotosintesis. Di samping itu, keupayaan karbon dioksida untuk menghantar sinaran suria gelombang pendek dan menyerap sebahagian daripada sinaran gelombang panjang haba adalah sangat penting, yang akan mewujudkan kesan rumah hijau yang dipanggil, yang akan dibincangkan di bawah.

Proses atmosfera, terutamanya rejim terma stratosfera, dipengaruhi oleh ozon. Gas ini berfungsi sebagai penyerap semula jadi sinaran ultraungu dari matahari, dan penyerapan sinaran suria membawa kepada pemanasan udara. Nilai bulanan purata bagi jumlah kandungan ozon di atmosfera berbeza-beza bergantung pada latitud dan masa tahun dalam julat 0.23-0.52 cm (ini adalah ketebalan lapisan ozon pada tekanan dan suhu tanah). Terdapat peningkatan kandungan ozon dari khatulistiwa ke kutub dan kitaran tahunan dengan minimum pada musim luruh dan maksimum pada musim bunga.

Sifat ciri atmosfera ialah kandungan gas utama (nitrogen, oksigen, argon) berubah sedikit dengan ketinggian: pada ketinggian 65 km di atmosfera kandungan nitrogen ialah 86%, oksigen - 19, argon - 0.91 , pada ketinggian 95 km - nitrogen 77, oksigen - 21.3, argon - 0.82%. Ketetapan komposisi udara atmosfera secara menegak dan mendatar dikekalkan oleh pencampurannya.

Selain gas, udara mengandungi wap air Dan zarah pepejal. Yang terakhir boleh mempunyai asal semula jadi dan buatan (antropogenik). Ini adalah debunga, kristal garam kecil, habuk jalan, dan kekotoran aerosol. Apabila sinaran matahari menembusi tingkap, ia boleh dilihat dengan mata kasar.

Terdapat terutamanya banyak zarah zarah di udara bandar dan pusat perindustrian besar, di mana pelepasan gas berbahaya dan kekotorannya terbentuk semasa pembakaran bahan api ditambah kepada aerosol.

Kepekatan aerosol di atmosfera menentukan ketelusan udara, yang menjejaskan sinaran suria yang sampai ke permukaan Bumi. Aerosol terbesar ialah nukleus kondensasi (dari lat. kondensasi- pemadatan, penebalan) - menyumbang kepada perubahan wap air menjadi titisan air.

Kepentingan wap air ditentukan terutamanya oleh fakta bahawa ia melambatkan sinaran haba gelombang panjang dari permukaan bumi; mewakili pautan utama kitaran lembapan besar dan kecil; meningkatkan suhu udara semasa pemeluwapan dasar air.

Jumlah wap air di atmosfera berbeza mengikut masa dan ruang. Oleh itu, kepekatan wap air di permukaan bumi adalah antara 3% di kawasan tropika hingga 2-10 (15)% di Antartika.

Kandungan purata wap air dalam lajur menegak atmosfera di latitud sederhana adalah kira-kira 1.6-1.7 cm (ini adalah ketebalan lapisan wap air pekat). Maklumat mengenai wap air dalam lapisan atmosfera yang berbeza adalah bercanggah. Sebagai contoh, telah diandaikan bahawa dalam julat ketinggian dari 20 hingga 30 km, kelembapan khusus meningkat dengan kuat dengan ketinggian. Walau bagaimanapun, pengukuran seterusnya menunjukkan kekeringan yang lebih besar pada stratosfera. Nampaknya, kelembapan khusus dalam stratosfera bergantung sedikit pada ketinggian dan adalah 2-4 mg/kg.

Kebolehubahan kandungan wap air dalam troposfera ditentukan oleh interaksi proses penyejatan, pemeluwapan dan pengangkutan mendatar. Hasil daripada pemeluwapan wap air, awan terbentuk dan kerpasan turun dalam bentuk hujan, hujan batu dan salji.

Proses peralihan fasa air berlaku terutamanya di troposfera, itulah sebabnya awan di stratosfera (pada ketinggian 20-30 km) dan mesosfera (berhampiran mesopause), dipanggil pearlescent dan keperakan, diperhatikan agak jarang, manakala awan troposfera. selalunya meliputi kira-kira 50% daripada keseluruhan permukaan bumi.

Jumlah wap air yang boleh terkandung dalam udara bergantung kepada suhu udara.

1 m 3 udara pada suhu -20 ° C boleh mengandungi tidak lebih daripada 1 g air; pada 0 °C - tidak lebih daripada 5 g; pada +10 °C - tidak lebih daripada 9 g; pada +30 °C - tidak lebih daripada 30 g air.

Kesimpulan: Semakin tinggi suhu udara, semakin banyak wap air yang boleh terkandung di dalamnya.

Udara mungkin kaya raya Dan tidak tepu wap air. Jadi, jika pada suhu +30 °C 1 m 3 udara mengandungi 15 g wap air, udara tidak tepu dengan wap air; jika 30 g - tepu.

Kelembapan mutlak ialah jumlah wap air yang terkandung dalam 1 m3 udara. Ia dinyatakan dalam gram. Sebagai contoh, jika mereka mengatakan "kelembapan mutlak ialah 15," ini bermakna 1 m L mengandungi 15 g wap air.

Kelembapan relatif- ini ialah nisbah (dalam peratusan) kandungan sebenar wap air dalam 1 m 3 udara kepada jumlah wap air yang boleh terkandung dalam 1 m L pada suhu tertentu. Sebagai contoh, jika radio menyiarkan laporan cuaca bahawa kelembapan relatif ialah 70%, ini bermakna udara mengandungi 70% wap air yang boleh disimpan pada suhu tersebut.

Semakin tinggi kelembapan relatif, i.e. Semakin dekat udara dengan keadaan tepu, semakin besar kemungkinan kerpasan.

Sentiasa tinggi (sehingga 90%) kelembapan udara relatif diperhatikan di zon khatulistiwa, kerana suhu udara kekal tinggi di sana sepanjang tahun dan penyejatan besar berlaku dari permukaan lautan. Kelembapan relatif juga tinggi di kawasan kutub, tetapi kerana pada suhu rendah walaupun sejumlah kecil wap air menjadikan udara tepu atau hampir tepu. Di latitud sederhana, kelembapan relatif berbeza mengikut musim - ia lebih tinggi pada musim sejuk, lebih rendah pada musim panas.

Kelembapan udara relatif di padang pasir adalah sangat rendah: 1 m 1 udara di sana mengandungi dua hingga tiga kali lebih sedikit wap air daripada yang mungkin pada suhu tertentu.

Untuk mengukur kelembapan relatif, hygrometer digunakan (dari bahasa Yunani hygros - basah dan metreco - saya ukur).

Apabila disejukkan, udara tepu tidak dapat mengekalkan jumlah wap air yang sama; ia menjadi pekat (terkondensasi), bertukar menjadi titisan kabus. Kabus boleh diperhatikan pada musim panas pada malam yang cerah dan sejuk.

awan- ini adalah kabus yang sama, hanya ia terbentuk bukan di permukaan bumi, tetapi pada ketinggian tertentu. Apabila udara naik, ia menyejuk dan wap air di dalamnya terkondensasi. Titisan kecil air yang terhasil membentuk awan.

Pembentukan awan juga melibatkan bahan zarah terampai dalam troposfera.

Awan boleh mempunyai bentuk yang berbeza, yang bergantung kepada keadaan pembentukannya (Jadual 14).

Awan yang paling rendah dan paling berat ialah stratus. Mereka terletak pada ketinggian 2 km dari permukaan bumi. Pada ketinggian 2 hingga 8 km, awan kumulus yang lebih indah boleh diperhatikan. Yang paling tinggi dan paling ringan ialah awan cirrus. Mereka terletak pada ketinggian 8 hingga 18 km di atas permukaan bumi.

Keluarga	Macam-macam awan	Penampilan
A. Awan atas - melebihi 6 km	I. Cirrus	Seperti benang, berserabut, putih
	II. Circocumulus	Lapisan dan rabung kepingan kecil dan keriting, putih
	III. Cirrostratus	Tudung keputihan lutsinar
B. Awan aras pertengahan - melebihi 2 km	IV. Altocumulus	Lapisan dan rabung berwarna putih dan kelabu
B. Awan aras pertengahan - melebihi 2 km	V. Altostratified	Tudung licin warna kelabu susu
B. Awan rendah - sehingga 2 km	VI. Nimbostratus	Lapisan kelabu tidak berbentuk pepejal
	VII. Stratocumulus	Lapisan tidak telus dan rabung berwarna kelabu
	VIII. Berlapis-lapis	Tudung kelabu yang tidak lutsinar
D. Awan pembangunan menegak - dari tingkat bawah ke tingkat atas	IX. kumulus	Kelab dan kubah berwarna putih terang, dengan tepi terkoyak ditiup angin
	X. kumulonimbus	Jisim berbentuk kumulus yang kuat dengan warna plumbum gelap

Perlindungan atmosfera

Sumber utama adalah perusahaan perindustrian dan kereta. Di bandar-bandar besar, masalah pencemaran gas di laluan pengangkutan utama adalah sangat meruncing. Itulah sebabnya banyak bandar besar di seluruh dunia, termasuk negara kita, telah memperkenalkan kawalan alam sekitar terhadap ketoksikan gas ekzos kenderaan. Menurut pakar, asap dan habuk di udara boleh mengurangkan bekalan tenaga suria ke permukaan bumi sebanyak separuh, yang akan membawa kepada perubahan keadaan semula jadi.