Jakie substancje znajdują się w powietrzu? Czy wiesz, że powietrze jest mieszaniną gazów? Skład gazowy powietrza

Skład Ziemi. Powietrze

Powietrze jest mechaniczną mieszaniną różnych gazów tworzących atmosferę ziemską. Powietrze jest niezbędne do oddychania organizmów żywych i jest szeroko stosowane w przemyśle.

Fakt, że powietrze jest mieszaniną, a nie jednorodną substancją, udowodniono podczas eksperymentów szkockiego naukowca Josepha Blacka. Podczas jednego z nich naukowiec odkrył, że podczas podgrzewania magnezji białej (węglanu magnezu) uwalnia się „związane powietrze”, czyli dwutlenek węgla i powstaje spalona magnezja (tlenek magnezu). Przeciwnie, podczas spalania wapienia usuwane jest „związane powietrze”. Na podstawie tych eksperymentów naukowiec doszedł do wniosku, że różnica między dwutlenkiem węgla a zasadami żrącymi polega na tym, że ten pierwszy zawiera dwutlenek węgla, który jest jednym ze składników powietrza. Dziś wiemy, że oprócz dwutlenku węgla w skład ziemskiego powietrza wchodzą:

Podany w tabeli stosunek gazów w atmosferze ziemskiej jest typowy dla jej dolnych warstw, aż do wysokości 120 km. Na tych obszarach leży dobrze wymieszany, jednorodny region zwany homosferą. Nad homosferą znajduje się heterosfera, która charakteryzuje się rozkładem cząsteczek gazu na atomy i jony. Regiony oddzielone są od siebie pauzą turbo.

Reakcja chemiczna, podczas której cząsteczki rozkładają się na atomy pod wpływem promieniowania słonecznego i kosmicznego, nazywa się fotodysocjacją. W wyniku rozpadu tlenu cząsteczkowego powstaje tlen atomowy, który jest głównym gazem atmosferycznym na wysokościach powyżej 200 km. Na wysokościach powyżej 1200 km zaczynają dominować wodór i hel, które są najlżejszymi z gazów.

Ponieważ większość powietrza koncentruje się w 3 niższych warstwach atmosfery, zmiany składu powietrza na wysokościach powyżej 100 km nie mają zauważalnego wpływu na ogólny skład atmosfery.

Azot jest najpowszechniejszym gazem, stanowiącym ponad trzy czwarte objętości powietrza na Ziemi. Współczesny azot powstał w wyniku utlenienia wczesnej atmosfery amoniakowo-wodorowej przez tlen cząsteczkowy powstający podczas fotosyntezy. Obecnie niewielkie ilości azotu przedostają się do atmosfery w wyniku denitryfikacji – procesu redukcji azotanów do azotynów, po którym następuje powstawanie gazowych tlenków i azotu cząsteczkowego, który wytwarzany jest przez beztlenowe prokarioty. Część azotu przedostaje się do atmosfery podczas erupcji wulkanów.

W górnych warstwach atmosfery, pod wpływem wyładowań elektrycznych z udziałem ozonu, azot cząsteczkowy ulega utlenieniu do podtlenku azotu:

N 2 + O 2 → 2NO

W normalnych warunkach tlenek natychmiast reaguje z tlenem, tworząc podtlenek azotu:

2NO + O2 → 2N2O

Azot jest najważniejszym pierwiastkiem chemicznym w atmosferze ziemskiej. Azot wchodzi w skład białek i zapewnia roślinom odżywienie mineralne. Określa szybkość reakcji biochemicznych i pełni rolę rozcieńczalnika tlenu.

Drugim najczęściej występującym gazem w atmosferze ziemskiej jest tlen. Powstawanie tego gazu jest związane z aktywnością fotosyntetyczną roślin i bakterii. Im bardziej różnorodne i liczne stawały się organizmy fotosyntetyzujące, tym bardziej znaczący stawał się proces zawartości tlenu w atmosferze. Podczas odgazowywania płaszcza uwalniana jest niewielka ilość ciężkiego tlenu.

W górnych warstwach troposfery i stratosfery pod wpływem ultrafioletowego promieniowania słonecznego (oznaczamy to jako hν) powstaje ozon:

O 2 + hν → 2O

W wyniku tego samego promieniowania ultrafioletowego ozon rozkłada się:

O 3 + hν → O 2 + O

О 3 + O → 2О 2

W wyniku pierwszej reakcji powstaje tlen atomowy, a w wyniku drugiej - tlen cząsteczkowy. Wszystkie 4 reakcje nazywane są „mechanizmem Chapmana” na cześć brytyjskiego naukowca Sidneya Chapmana, który odkrył je w 1930 roku.

Tlen służy do oddychania organizmów żywych. Za jego pomocą zachodzą procesy utleniania i spalania.

Ozon służy do ochrony organizmów żywych przed promieniowaniem ultrafioletowym, które powoduje nieodwracalne mutacje. Największe stężenie ozonu obserwuje się w dolnej stratosferze w obrębie tzw. warstwa ozonowa lub ekran ozonowy, leżąca na wysokościach 22-25 km. Zawartość ozonu jest niewielka: przy normalnym ciśnieniu cały ozon w atmosferze ziemskiej zajmowałby warstwę o grubości zaledwie 2,91 mm.

Powstawanie trzeciego najczęściej występującego gazu w atmosferze, argonu, a także neonu, helu, kryptonu i ksenonu, wiąże się z erupcjami wulkanów i rozpadem pierwiastków radioaktywnych.

W szczególności hel jest produktem rozpadu promieniotwórczego uranu, toru i radu: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (w tych reakcjach cząstka α to jądro helu, które w procesie utraty energii wychwytuje elektrony i staje się 4He).

Argon powstaje podczas rozpadu radioaktywnego izotopu potasu: 40 K → 40 Ar + γ.

Neon ucieka ze skał magmowych.

Krypton powstaje jako końcowy produkt rozpadu uranu (235 U i 238 U) i toru Th.

Większość atmosferycznego kryptonu powstała we wczesnych stadiach ewolucji Ziemi w wyniku rozpadu pierwiastków transuranowych o fenomenalnie krótkim okresie półtrwania lub pochodziła z kosmosu, gdzie zawartość kryptonu jest dziesięć milionów razy większa niż na Ziemi.

Ksenon powstaje w wyniku rozszczepienia uranu, ale większość tego gazu pozostaje z wczesnych etapów formowania się Ziemi, z pierwotnej atmosfery.

Dwutlenek węgla przedostaje się do atmosfery w wyniku erupcji wulkanów oraz podczas rozkładu materii organicznej. Jego zawartość w atmosferze ziemskich średnich szerokości geograficznych jest bardzo zróżnicowana w zależności od pór roku: zimą ilość CO 2 wzrasta, a latem maleje. Wahania te związane są z aktywnością roślin wykorzystujących dwutlenek węgla w procesie fotosyntezy.

Wodór powstaje w wyniku rozkładu wody pod wpływem promieniowania słonecznego. Ale będąc najlżejszym z gazów tworzących atmosferę, stale odparowuje w przestrzeń kosmiczną, dlatego jego zawartość w atmosferze jest bardzo mała.

Para wodna powstaje w wyniku parowania wody z powierzchni jezior, rzek, mórz i lądów.

Stężenie głównych gazów w dolnych warstwach atmosfery, z wyjątkiem pary wodnej i dwutlenku węgla, jest stałe. W małych ilościach atmosfera zawiera tlenek siarki SO 2, amoniak NH 3, tlenek węgla CO, ozon O 3, chlorowodór HCl, fluorowodór HF, tlenek azotu NO, węglowodory, pary rtęci Hg, jod I 2 i wiele innych. W dolnej warstwie atmosfery, troposferze, zawsze znajduje się duża ilość zawieszonych cząstek stałych i ciekłych.

Źródła cząstek stałych w atmosferze ziemskiej obejmują erupcje wulkanów, pyłki, mikroorganizmy, a ostatnio działalność człowieka, taką jak spalanie paliw kopalnych podczas produkcji. Najmniejsze cząsteczki pyłu, będące jądrami kondensacji, powodują powstawanie mgły i chmur. Bez cząstek stałych stale obecnych w atmosferze opady nie spadałyby na Ziemię.

Wszyscy doskonale wiemy, że bez powietrza żadna żywa istota nie może żyć na ziemi. Powietrze jest niezbędne dla każdego z nas. Każdy, od dzieci po dorosłych, wie, że bez powietrza nie da się przeżyć, jednak nie każdy wie, czym jest powietrze i z czego się składa. Powietrze jest więc mieszaniną gazów, których nie można zobaczyć ani dotknąć, ale wszyscy doskonale wiemy, że jest wokół nas, choć praktycznie tego nie zauważamy. Badania różnego typu można m.in. prowadzić w naszym laboratorium.

Powietrze możemy poczuć tylko wtedy, gdy czujemy silny wiatr lub jesteśmy w pobliżu wentylatora. Z czego składa się powietrze?Składa się z azotu i tlenu oraz tylko w niewielkiej części z argonu, wody, wodoru i dwutlenku węgla. Jeśli weźmiemy pod uwagę procentowy skład powietrza, wówczas azot wynosi 78,08%, tlen 20,94%, argon 0,93%, dwutlenek węgla 0,04%, neon 1,82*10-3%, hel 4,6*10-4%, metan 1,7*10- 4 procent, krypton 1,14*10-4 procent, wodór 5*10-5 procent, ksenon 8,7*10-6 procent, podtlenek azotu 5*10-5 procent.

Zawartość tlenu w powietrzu jest bardzo wysoka, gdyż to właśnie tlen jest niezbędny do funkcjonowania organizmu człowieka. Tlen, który obserwuje się w powietrzu podczas oddychania, przedostaje się do komórek organizmu człowieka i bierze udział w procesie utleniania, w wyniku którego uwalniana jest potrzebna do życia energia. Również tlen zawarty w powietrzu jest niezbędny do spalania paliwa, w wyniku czego wytwarza się ciepło, a także do wytwarzania energii mechanicznej w silnikach spalinowych.

Podczas skraplania z powietrza usuwane są także gazy obojętne. Ile tlenu jest w powietrzu, jeśli spojrzeć na to procentowo, wówczas tlen i azot w powietrzu stanowią 98 procent. Znając odpowiedź na to pytanie, pojawia się kolejne pytanie, jakie substancje gazowe znajdują się w powietrzu.

Tak więc w 1754 roku naukowiec Joseph Black potwierdził, że powietrze składa się z mieszaniny gazów, a nie z jednorodnej substancji, jak wcześniej sądzono. Skład powietrza na Ziemi obejmuje metan, argon, dwutlenek węgla, hel, krypton, wodór, neon i ksenon. Warto zauważyć, że procent powietrza może się nieznacznie różnić w zależności od tego, gdzie mieszkają ludzie.

Niestety w dużych miastach procentowy udział dwutlenku węgla będzie wyższy niż np. na wsiach czy w lasach. Powstaje pytanie, jaki procent tlenu znajduje się w powietrzu w górach. Odpowiedź jest prosta, tlen jest znacznie cięższy od azotu, dlatego w górach będzie go znacznie mniej w powietrzu, ponieważ gęstość tlenu maleje wraz z wysokością.

Poziom tlenu w powietrzu

Tak więc, jeśli chodzi o stosunek tlenu w powietrzu, istnieją pewne standardy, na przykład dotyczące miejsca pracy. Aby człowiek mógł w pełni pracować, poziom tlenu w powietrzu wynosi od 19 do 23 procent. Podczas obsługi sprzętu w przedsiębiorstwach konieczne jest monitorowanie szczelności urządzeń, a także różnych maszyn. Jeśli podczas badania powietrza w pomieszczeniu, w którym pracują ludzie, poziom tlenu spadnie poniżej 19 procent, wówczas należy koniecznie opuścić pomieszczenie i włączyć wentylację awaryjną. Poziom tlenu w powietrzu w miejscu pracy możesz kontrolować zapraszając laboratorium i badania EcoTestExpress.

Zdefiniujmy teraz, czym jest tlen

Tlen jest pierwiastkiem chemicznym w układzie okresowym pierwiastków Mendelejewa; tlen nie ma zapachu, smaku ani koloru. Tlen w powietrzu jest niezwykle niezbędny do oddychania człowieka, a także do spalania, ponieważ nie jest tajemnicą, że jeśli nie będzie powietrza, żadne materiały nie będą się palić. Tlen zawiera mieszaninę trzech stabilnych nuklidów, których liczby masowe wynoszą 16, 17 i 18.

Tak więc tlen jest najpowszechniejszym pierwiastkiem na Ziemi, ponieważ pod względem procentowym największy procent tlenu występuje w krzemianach, co stanowi około 47,4 procent masy stałej skorupy ziemskiej. Również morze i słodkie wody całej ziemi zawierają ogromną ilość tlenu, bo aż 88,8 proc., podczas gdy zawartość tlenu w powietrzu wynosi zaledwie 20,95 proc. Należy również zauważyć, że tlen wchodzi w skład ponad 1500 związków występujących w skorupie ziemskiej.

Jeśli chodzi o produkcję tlenu, to uzyskuje się go przez oddzielenie powietrza w niskich temperaturach. Proces ten przebiega w następujący sposób: najpierw powietrze jest sprężane za pomocą sprężarki, a po sprężeniu zaczyna się nagrzewać. Sprężone powietrze pozostawia się do ostygnięcia do temperatury pokojowej, a po ochłodzeniu pozwala się mu na swobodne rozszerzanie.

Kiedy następuje rozprężanie, temperatura gazu zaczyna gwałtownie spadać, po ostygnięciu powietrza jego temperatura może spaść o kilkadziesiąt stopni poniżej temperatury pokojowej, powietrze to jest ponownie poddawane sprężaniu i uwalniane ciepło jest usuwane. Po kilku etapach sprężania i schładzania powietrza wykonywany jest szereg innych zabiegów, w wyniku których oddzielany jest czysty tlen pozbawiony jakichkolwiek zanieczyszczeń.

I tu pojawia się kolejne pytanie: co jest cięższe: tlen czy dwutlenek węgla. Odpowiedź jest prosta: dwutlenek węgla będzie cięższy od tlenu. Gęstość dwutlenku węgla wynosi 1,97 kg/m3, natomiast gęstość tlenu wynosi 1,43 kg/m3. Jeśli chodzi o dwutlenek węgla, okazuje się, że odgrywa on jedną z głównych ról w życiu wszelkiego życia na Ziemi, a także ma wpływ na obieg węgla w przyrodzie. Udowodniono, że dwutlenek węgla bierze udział w regulacji oddychania, a także krążenia krwi.

Co to jest dwutlenek węgla?

Zdefiniujmy teraz bardziej szczegółowo, czym jest dwutlenek węgla, a także określmy skład dwutlenku węgla. Inaczej mówiąc, dwutlenek węgla to dwutlenek węgla, jest to bezbarwny gaz o lekko kwaśnym zapachu i smaku. Jeśli chodzi o powietrze, stężenie dwutlenku węgla w nim wynosi 0,038 procent. Fizyczne właściwości dwutlenku węgla polegają na tym, że nie występuje on w stanie ciekłym pod normalnym ciśnieniem atmosferycznym, ale przechodzi bezpośrednio ze stanu stałego do gazowego.

Dwutlenek węgla w postaci stałej nazywany jest także suchym lodem. Dziś dwutlenek węgla jest uczestnikiem globalnego ocieplenia. Dwutlenek węgla powstaje w wyniku spalania różnych substancji. Warto zaznaczyć, że podczas przemysłowej produkcji dwutlenek węgla jest pompowany do cylindrów. Dwutlenek węgla pompowany do butli wykorzystywany jest do gaszenia pożarów, a także do produkcji wody gazowanej, a także do produkcji broni pneumatycznej. A także w przemyśle spożywczym jako środek konserwujący.

Skład powietrza wdychanego i wydychanego

Przyjrzyjmy się teraz składowi wdychanego i wydychanego powietrza. Najpierw zdefiniujmy, czym jest oddychanie. Oddychanie to złożony, ciągły proces, podczas którego skład gazowy krwi ulega ciągłej odnowie. Skład wdychanego powietrza to 20,94% tlenu, 0,03% dwutlenku węgla i 79,03% azotu. Ale skład wydychanego powietrza to tylko 16,3 procent tlenu, aż 4 procent dwutlenku węgla i 79,7 procent azotu.

Można zauważyć, że wdychane powietrze różni się od wydychanego zarówno zawartością tlenu, jak i ilością dwutlenku węgla. Są to substancje tworzące powietrze, którym oddychamy i wydychamy. W ten sposób nasz organizm nasyca się tlenem i uwalnia na zewnątrz cały niepotrzebny dwutlenek węgla.

Suchy tlen poprawia właściwości elektryczne i ochronne folii ze względu na brak wody, a także ich zagęszczenie i zmniejszenie ładunku objętościowego. Ponadto suchy tlen w normalnych warunkach nie może reagować ze złotem, miedzią ani srebrem. Aby przeprowadzić analizę chemiczną powietrza lub inne badania laboratoryjne m.in. możesz to zrobić w naszym laboratorium EcoTestExpress.

Powietrze to atmosfera planety, na której żyjemy. A zawsze pojawia się pytanie, co zawiera powietrze, odpowiedź jest po prostu zbiorem gazów, ponieważ zostało już napisane powyżej, jakie gazy znajdują się w powietrzu i w jakich proporcjach. Jeśli chodzi o zawartość gazów w powietrzu, wszystko jest łatwe i proste, stosunek procentowy dla prawie wszystkich obszarów naszej planety jest taki sam.

Skład i właściwości powietrza

Powietrze składa się nie tylko z mieszaniny gazów, ale także z różnych aerozoli i par. Skład procentowy powietrza to stosunek azotu, tlenu i innych gazów w powietrzu. Zatem ile tlenu jest w powietrzu, prosta odpowiedź brzmi: tylko 20 procent. Składnikowy gazu, podobnie jak azotu, zawiera lwią część całego powietrza, a warto zauważyć, że pod podwyższonym ciśnieniem azot zaczyna mieć właściwości narkotyczne.

Ma to niemałe znaczenie, gdyż nurkowie podczas pracy często muszą pracować na głębokościach pod ogromnym ciśnieniem. O tlenie powiedziano wiele, ponieważ ma on ogromne znaczenie dla życia człowieka na naszej planecie. Warto zaznaczyć, że krótkotrwałe wdychanie powietrza o zwiększonej zawartości tlenu nie ma szkodliwego wpływu na samą osobę.

Ale jeśli dana osoba przez długi czas wdycha powietrze o podwyższonym poziomie tlenu, doprowadzi to do zmian patologicznych w organizmie. Kolejnym głównym składnikiem powietrza, o którym wiele już powiedziano, jest dwutlenek węgla, gdyż okazuje się, że człowiek nie może się bez niego obyć tak samo jak bez tlenu.

Gdyby na Ziemi nie było powietrza, żaden żywy organizm nie byłby w stanie żyć na naszej planecie, a tym bardziej w jakiś sposób funkcjonować. Niestety we współczesnym świecie ogromna liczba obiektów przemysłowych zanieczyszczających nasze powietrze w ostatnim czasie coraz częściej nawołuje do konieczności ochrony środowiska, a także monitorowania czystości powietrza. Dlatego należy dokonywać częstych pomiarów powietrza, aby określić jego czystość. Jeśli wydaje Ci się, że powietrze w Twoim pomieszczeniu nie jest wystarczająco czyste i jest to spowodowane czynnikami zewnętrznymi, zawsze możesz zwrócić się do laboratorium EcoTestExpress, które przeprowadzi wszystkie niezbędne badania (badania) i wystawi wniosek na temat czystości pomieszczenia powietrze, które wdychasz.

Dolne warstwy atmosfery składają się z mieszaniny gazów zwanej powietrzem , w którym zawieszone są cząstki cieczy i ciała stałego. Całkowita masa tego ostatniego jest niewielka w porównaniu z całą masą atmosfery.

Powietrze atmosferyczne jest mieszaniną gazów, z których główne to azot N2, tlen O2, argon Ar, dwutlenek węgla CO2 i para wodna. Powietrze pozbawione pary wodnej nazywane jest powietrzem suchym. Na powierzchni ziemi suche powietrze składa się w 99% z azotu (78% objętościowo lub 76% masowo) i tlenu (21% objętościowo lub 23% masowo). Pozostały 1% to prawie w całości argon. Dla dwutlenku węgla CO2 pozostaje tylko 0,08%. Liczne inne gazy wchodzą w skład powietrza w tysięcznych, milionowych, a nawet mniejszych ułamkach procenta. Są to krypton, ksenon, neon, hel, wodór, ozon, jod, radon, metan, amoniak, nadtlenek wodoru, podtlenek azotu itp. Skład suchego powietrza atmosferycznego w pobliżu powierzchni Ziemi podano w tabeli. 1.

Tabela 1

Skład suchego powietrza atmosferycznego w pobliżu powierzchni Ziemi

	Stężenie objętościowe,%	Masa cząsteczkowa	Gęstość względem gęstości suche powietrze
Tlen (O2)
Dwutlenek węgla (CO2)
Krypton (Kr)
Wodór (H2)
Xenon (Xe)
Suche powietrze

Skład procentowy suchego powietrza w pobliżu powierzchni ziemi jest bardzo stały i wszędzie prawie taki sam. Znacząco może zmienić się jedynie zawartość dwutlenku węgla. W wyniku procesów oddychania i spalania jego zawartość objętościowa w powietrzu zamkniętych, słabo wentylowanych pomieszczeń, a także ośrodków przemysłowych może kilkakrotnie wzrosnąć - do 0,1-0,2%. Procent azotu i tlenu zmienia się dość nieznacznie.

Prawdziwa atmosfera zawiera trzy ważne, zmienne składniki – parę wodną, ​​ozon i dwutlenek węgla. Zawartość pary wodnej w powietrzu waha się w znaczących granicach, w przeciwieństwie do innych składników powietrza: na powierzchni ziemi waha się od setnych części procenta do kilku procent (od 0,2% na szerokościach polarnych do 2,5% na równiku, a na w niektórych przypadkach waha się od prawie zera do 4%). Wyjaśnia to fakt, że w warunkach panujących w atmosferze para wodna może przekształcić się w stan ciekły i stały i odwrotnie, może ponownie przedostać się do atmosfery w wyniku parowania z powierzchni ziemi.

Para wodna przedostaje się do atmosfery w sposób ciągły poprzez parowanie z powierzchni wody, z wilgotnej gleby i przez transpirację z roślin, i pojawia się w różnych ilościach w różnych miejscach i czasie. Rozprzestrzenia się w górę od powierzchni ziemi i jest przenoszony przez prądy powietrza z jednego miejsca na ziemi do drugiego.

W atmosferze może wystąpić stan nasycenia. W tym stanie w powietrzu zawarta jest para wodna w ilości maksymalnej możliwej w danej temperaturze. Nazywa się para wodna nasycanie(Lub nasycony), i zawarte w nim powietrze nasycony.

Stan nasycenia osiąga się zwykle, gdy temperatura powietrza spada. Po osiągnięciu tego stanu, wraz z dalszym spadkiem temperatury, część pary wodnej staje się nadmiarem i kondensuje, przechodzi w stan ciekły lub stały. W powietrzu pojawiają się kropelki wody i kryształki lodu chmur i mgły. Chmury mogą ponownie wyparować; w innych przypadkach kropelki i kryształy chmur, stając się większe, mogą spaść na powierzchnię ziemi w postaci opadów. W rezultacie zawartość pary wodnej w każdej części atmosfery stale się zmienia.

Najważniejsze procesy pogodowe i cechy klimatyczne związane są z parą wodną obecną w powietrzu i jej przejściami ze stanu gazowego do ciekłego i stałego. Obecność pary wodnej w atmosferze znacząco wpływa na warunki termiczne atmosfery i powierzchni ziemi. Para wodna silnie pochłania długofalowe promieniowanie podczerwone emitowane przez powierzchnię ziemi. Z kolei sama emituje promieniowanie podczerwone, którego większość trafia w stronę powierzchni Ziemi. Ogranicza to nocne ochłodzenie powierzchni ziemi, a co za tym idzie, także dolnych warstw powietrza.

Na odparowanie wody z powierzchni ziemi zużywane są duże ilości ciepła, a gdy para wodna skrapla się w atmosferze, ciepło to jest przekazywane do powietrza. Chmury powstałe w wyniku kondensacji odbijają i pochłaniają promieniowanie słoneczne w drodze na powierzchnię ziemi. Opady atmosferyczne z chmur są istotnym elementem pogody i klimatu. Wreszcie obecność pary wodnej w atmosferze jest ważna dla procesów fizjologicznych.

Para wodna, jak każdy gaz, ma elastyczność (ciśnienie). Ciśnienie pary wodnej mi jest proporcjonalna do jego gęstości (zawartość na jednostkę objętości) i temperatury bezwzględnej. Wyraża się go w tych samych jednostkach co ciśnienie powietrza, tj. albo w milimetry rtęci, albo w milibary

Nazywa się ciśnieniem pary wodnej w stanie nasycenia elastyczność nasycenia. Ten maksymalne ciśnienie pary wodnej możliwe w danej temperaturze. Na przykład w temperaturze 0° elastyczność nasycenia wynosi 6,1 mb . Przy każdym wzroście temperatury o 10° elastyczność nasycenia w przybliżeniu się podwaja.

Jeśli powietrze zawiera mniej pary wodnej niż potrzeba do nasycenia go w danej temperaturze, można określić, jak blisko jest ono do stanu nasycenia. Aby to zrobić, wykonaj obliczenia wilgotność względna. Jest to nazwa nadana stosunkowi rzeczywistej elastyczności mi pary wodnej w powietrzu do elastyczności nasycenia mi w tej samej temperaturze, wyrażonej procentowo, tj.

Na przykład w temperaturze 20° ciśnienie nasycenia wynosi 23,4 mb. Jeżeli rzeczywiste ciśnienie pary w powietrzu wynosi 11,7 mb, wówczas wilgotność względna wynosi

Elastyczność pary wodnej na powierzchni ziemi waha się od setnych milibara (przy bardzo niskich temperaturach zimą na Antarktydzie i Jakucji) do ponad 35 mb (na równiku). Im cieplejsze powietrze, tym więcej pary wodnej może zawierać bez nasycenia, a zatem tym większe jest w nim ciśnienie pary wodnej.

Wilgotność względna powietrza może przyjmować wszystkie wartości - od zera dla całkowicie suchego powietrza ( mi= 0) do 100% dla warunku nasycenia (e = E).

Atmosfera to gazowa powłoka naszej planety, która obraca się wraz z Ziemią. Gaz znajdujący się w atmosferze nazywany jest powietrzem. Atmosfera styka się z hydrosferą i częściowo pokrywa litosferę. Ale górne granice są trudne do ustalenia. Konwencjonalnie przyjmuje się, że atmosfera rozciąga się w górę na odległość około trzech tysięcy kilometrów. Tam płynnie przechodzi w pozbawioną powietrza przestrzeń.

Skład chemiczny atmosfery ziemskiej

Tworzenie się składu chemicznego atmosfery rozpoczęło się około czterech miliardów lat temu. Początkowo atmosfera składała się wyłącznie z lekkich gazów - helu i wodoru. Zdaniem naukowców początkowym warunkiem powstania powłoki gazowej wokół Ziemi były erupcje wulkanów, które wraz z lawą wyemitowały ogromne ilości gazów. Następnie wymiana gazowa rozpoczęła się w przestrzeniach wodnych, organizmach żywych i produktach ich działalności. Skład powietrza stopniowo się zmieniał i kilka milionów lat temu utrwalił się w nowoczesnej formie.

Głównymi składnikami atmosfery są azot (około 79%) i tlen (20%). Pozostałą część (1%) stanowią następujące gazy: argon, neon, hel, metan, dwutlenek węgla, wodór, krypton, ksenon, ozon, amoniak, dwutlenek siarki i azotu, podtlenek azotu i tlenek węgla, które wchodzą w skład w tym jednym proc.

Ponadto powietrze zawiera parę wodną i cząstki stałe (pyłki, kurz, kryształki soli, zanieczyszczenia w postaci aerozolu).

Ostatnio naukowcy zaobserwowali nie jakościową, ale ilościową zmianę niektórych składników powietrza. A powodem tego jest człowiek i jego działania. Tylko w ciągu ostatnich 100 lat poziom dwutlenku węgla znacznie wzrósł! Wiąże się to z wieloma problemami, z których najbardziej globalnym są zmiany klimatyczne.

Kształtowanie się pogody i klimatu

Atmosfera odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu klimatu i pogody na Ziemi. Wiele zależy od ilości światła słonecznego, rodzaju podłoża i cyrkulacji atmosferycznej.

Przyjrzyjmy się czynnikom w kolejności.

1. Atmosfera przepuszcza ciepło promieni słonecznych i pochłania szkodliwe promieniowanie. Starożytni Grecy wiedzieli, że promienie Słońca padają na różne części Ziemi pod różnymi kątami. Samo słowo „klimat” w tłumaczeniu ze starożytnej greki oznacza „zbocze”. Tak więc na równiku promienie słoneczne padają prawie pionowo, dlatego jest tu bardzo gorąco. Im bliżej biegunów, tym większy kąt nachylenia. I temperatura spada.

2. Z powodu nierównomiernego ogrzewania Ziemi w atmosferze powstają prądy powietrza. Są one klasyfikowane według ich rozmiarów. Najmniejsze (dziesiątki i setki metrów) to wiatry lokalne. Następnie następują monsuny i pasaty, cyklony i antycyklony oraz planetarne strefy czołowe.

Wszystkie te masy powietrza stale się poruszają. Niektóre z nich są dość statyczne. Na przykład pasaty wiejące z obszarów podzwrotnikowych w kierunku równika. Ruch innych zależy w dużej mierze od ciśnienia atmosferycznego.

3. Kolejnym czynnikiem wpływającym na powstawanie klimatu jest ciśnienie atmosferyczne. Jest to ciśnienie powietrza panujące na powierzchni ziemi. Jak wiadomo, masy powietrza przemieszczają się z obszaru o wyższym ciśnieniu atmosferycznym do obszaru, w którym ciśnienie to jest niższe.

W sumie przydzielono 7 stref. Równik jest strefą niskiego ciśnienia. Ponadto po obu stronach równika aż do trzydziestych szerokości geograficznych znajduje się obszar wysokiego ciśnienia. Od 30° do 60° – znowu niskie ciśnienie. A od 60° do biegunów znajduje się strefa wysokiego ciśnienia. Pomiędzy tymi strefami krążą masy powietrza. Te, które przybywają z morza na ląd, przynoszą deszcz i złą pogodę, a te, które wieją z kontynentów, przynoszą czystą i suchą pogodę. W miejscach zderzenia prądów powietrza tworzą się strefy frontów atmosferycznych, które charakteryzują się opadami atmosferycznymi i niesprzyjającą, wietrzną pogodą.

Naukowcy udowodnili, że nawet dobrostan człowieka zależy od ciśnienia atmosferycznego. Według międzynarodowych standardów normalne ciśnienie atmosferyczne wynosi 760 mm Hg. kolumnie w temperaturze 0°C. Wskaźnik ten jest obliczany dla obszarów lądowych, które znajdują się prawie na poziomie morza. Wraz z wysokością ciśnienie maleje. Dlatego na przykład dla Petersburga 760 mm Hg. - to norma. Ale dla Moskwy, która znajduje się wyżej, normalne ciśnienie wynosi 748 mm Hg.

Ciśnienie zmienia się nie tylko w pionie, ale także w poziomie. Jest to szczególnie odczuwalne podczas przechodzenia cyklonów.

Struktura atmosfery

Atmosfera przypomina tort warstwowy. Każda warstwa ma swoją własną charakterystykę.

. Troposfera- warstwa najbliższa Ziemi. „Grubość” tej warstwy zmienia się wraz z odległością od równika. Nad równikiem warstwa rozciąga się w górę o 16-18 km, w strefach umiarkowanych o 10-12 km, na biegunach o 8-10 km.

To tutaj znajduje się 80% całkowitej masy powietrza i 90% pary wodnej. Tworzą się tu chmury, powstają cyklony i antycyklony. Temperatura powietrza zależy od wysokości nad poziomem morza. Średnio zmniejsza się o 0,65° C na każde 100 metrów.

. Tropopauza- warstwa przejściowa atmosfery. Jego wysokość waha się od kilkuset metrów do 1-2 km. Temperatura powietrza latem jest wyższa niż zimą. Przykładowo nad biegunami zimą jest -65°C. A nad równikiem o każdej porze roku -70°C.

. Stratosfera- jest to warstwa, której górna granica leży na wysokości 50-55 kilometrów. Turbulencje są tu niewielkie, zawartość pary wodnej w powietrzu znikoma. Ale jest dużo ozonu. Jego maksymalne stężenie występuje na wysokości 20-25 km. W stratosferze temperatura powietrza zaczyna rosnąć i osiąga +0,8° C. Dzieje się tak na skutek interakcji warstwy ozonowej z promieniowaniem ultrafioletowym.

. Stratopauza- niska warstwa pośrednia między stratosferą a następującą po niej mezosferą.

. Mezosfera- górna granica tej warstwy wynosi 80-85 kilometrów. Zachodzą tu złożone procesy fotochemiczne z udziałem wolnych rodników. To one zapewniają delikatny, niebieski blask naszej planety, który widać z kosmosu.

Większość komet i meteorytów spala się w mezosferze.

. Mezopauza- następna warstwa pośrednia, w której temperatura powietrza wynosi co najmniej -90°.

. Termosfera- dolna granica rozpoczyna się na wysokości 80 - 90 km, a górna granica warstwy przebiega na wysokości około 800 km. Temperatura powietrza rośnie. Może wahać się od +500° C do +1000° C. W ciągu dnia wahania temperatury sięgają setek stopni! Jednak powietrze tutaj jest tak rozrzedzone, że rozumienie terminu „temperatura” w taki sposób, w jaki go sobie wyobrażamy, nie jest tutaj właściwe.

. Jonosfera- łączy mezosferę, mezopauzę i termosferę. Powietrze tutaj składa się głównie z cząsteczek tlenu i azotu, a także quasi-obojętnej plazmy. Promienie słoneczne wpadające do jonosfery silnie jonizują cząsteczki powietrza. W warstwie dolnej (do 90 km) stopień jonizacji jest niski. Im wyższa, tym większa jonizacja. Tak więc na wysokości 100-110 km elektrony są skoncentrowane. Pomaga to odbijać krótkie i średnie fale radiowe.

Najważniejszą warstwą jonosfery jest górna, która znajduje się na wysokości 150-400 km. Jego osobliwością jest to, że odbija fale radiowe, co ułatwia transmisję sygnałów radiowych na znaczne odległości.

To właśnie w jonosferze występuje zjawisko takie jak zorza polarna.

. Egzosfera- składa się z atomów tlenu, helu i wodoru. Gaz w tej warstwie jest bardzo rozrzedzony, a atomy wodoru często uciekają w przestrzeń kosmiczną. Dlatego warstwę tę nazywa się „strefą dyspersyjną”.

Pierwszym naukowcem, który zasugerował, że nasza atmosfera ma wagę, był Włoch E. Torricelli. Na przykład Ostap Bender w swojej powieści „Złoty cielec” ubolewał, że na każdego człowieka naciska słup powietrza ważący 14 kg! Ale wielki intrygant trochę się pomylił. Dorosły doświadcza nacisku 13-15 ton! Ale nie odczuwamy tego ciężaru, ponieważ ciśnienie atmosferyczne równoważy ciśnienie wewnętrzne człowieka. Masa naszej atmosfery wynosi 5 300 000 000 000 000 ton. Liczba jest kolosalna, chociaż stanowi zaledwie jedną milionową masy naszej planety.

Nie można go dotknąć i nie można go zobaczyć, ale najważniejsze co mu zawdzięczamy to życie. Jest to oczywiście powietrze, które nie zajmowało ostatniego miejsca w folklorze każdego narodu. Jak wyobrażali sobie to ludzie starożytni i czym jest naprawdę – o tym napiszę poniżej.

Gazy tworzące powietrze

Naturalna mieszanina gazów zwane powietrzem. Trudno przecenić jego konieczność i znaczenie dla organizmów żywych – odgrywa on ważną rolę procesy oksydacyjne, którym towarzyszy uwolnienie energii niezbędnej wszystkim żywym istotom. Dzięki eksperymentom naukowcom udało się określić jego dokładny skład, ale najważniejszą rzeczą, którą należy zrozumieć, jest nie jest to substancja jednorodna, ale mieszanina gazów. Około 99% składu to mieszanina tlenu i azotu i ogólnie powietrze tworzy atmosferę naszej planety. Tak więc mieszanina składa się z następujących gazów:

• metan;
• krypton;
• hel;
• ksenon;
• wodór;
• neon;
• dwutlenek węgla;
• tlen;
• azot;
• argon.

Należy zauważyć że skład nie jest stały i może się znacznie różnić w zależności od obszaru. Na przykład duże miasta charakteryzują się wysoką zawartością dwutlenku węgla. W górach będzie to obserwowane obniżony poziom tlenu, ponieważ gaz ten jest cięższy od azotu i w miarę wzrostu jego gęstość będzie się zmniejszać. Nauka twierdzi, że skład może się różnić w różnych częściach planety od 1% do 4% dla każdego gazu.

Oprócz procentowej zawartości gazów powietrze charakteryzuje się następującymi parametrami:

• wilgotność;
• temperatura;
• ciśnienie.

Powietrze jest w ciągłym ruchu, tworząc przepływy pionowe. Poziomy – wiatry zależne są od określonych warunków naturalnych, dlatego mogą mieć różną charakterystykę prędkości, siły i kierunku.

Powietrze w folklorze

Legendy każdego narodu nadawać powietrzu pewne „żywe” właściwości. Z reguły duchy tego żywiołu były stworzeniami nieuchwytnymi i niewidzialnymi. Według legend, oni zamieszkane szczyty gór lub chmury i różniły się pod względem predyspozycji do ludzi. Byli to ci, za których uważano stworzył płatki śniegu i zebrał chmury w chmurach, latając po niebie na wietrze.

Egipcjanie liczyli powietrze symbol życia i Indianie w to wierzyli Wydech Brahmy jest życiem, a wdychanie oznacza odpowiednio śmierć. Jeśli chodzi o Słowian, powietrze (wiatr) zajmowało niemal centralne miejsce w legendach tego ludu. Potrafił słuchać, a czasem nawet spełniać drobne prośby. Jednak nie zawsze był życzliwy, czasami stając po stronie sił zła. w postaci złego i nieprzewidywalnego wędrowca.