Atmosfer hacminin yüzde kaçı nitrojendir? Manyetosferin boyutları, atmosferin kütlesi ve hacmi

Troposfer

O üst sınır kutuplarda 8-10 km, ılıman enlemlerde 10-12 km ve tropikal enlemlerde 16-18 km yükseklikte yer alır; kışın yaza göre daha düşüktür. Atmosferin alt ana katmanı toplam kütlenin %80'inden fazlasını içerir atmosferik hava ve atmosferde bulunan tüm su buharının yaklaşık %90'ı. Troposferde türbülans ve konveksiyon oldukça gelişmiştir, bulutlar oluşur, siklonlar ve antisiklonlar gelişir. Yükseklik arttıkça sıcaklık ortalama 0,65°/100 m dikey eğimle azalır

Tropopoz

Troposferden stratosfere geçiş katmanı, atmosferin yükseklikle birlikte sıcaklık düşüşünün durduğu bir katman.

Stratosfer

Atmosferin 11 ila 50 km yükseklikte bulunan katmanı. karakteristik küçük değişiklik 11-25 km katmandaki (stratosferin alt katmanı) sıcaklık ve 25-40 km katmandaki sıcaklığın -56,5'ten 0,8 °C'ye yükselmesi ( üst katman stratosfer veya inversiyon bölgesi). Yaklaşık 40 km yükseklikte yaklaşık 273 K (neredeyse 0 °C) değerine ulaşan sıcaklık, yaklaşık 55 km yüksekliğe kadar sabit kalır. Sabit sıcaklıktaki bu bölgeye stratopoz adı verilir ve stratosfer ile mezosfer arasındaki sınırdır.

Stratopoz

Atmosferin stratosfer ile mezosfer arasındaki sınır tabakası. Dikey sıcaklık dağılımında bir maksimum (yaklaşık 0 °C) vardır.

Mezosfer

Mezosfer 50 km yükseklikte başlar ve 80-90 km'ye kadar uzanır. Sıcaklık yükseklikle birlikte ortalama (0,25-0,3)°/100 m dikey eğimle azalır. Ana enerji süreci radyant ısı transferidir. Serbest radikalleri, titreşimle uyarılan molekülleri vb. içeren karmaşık fotokimyasal süreçler atmosferik lüminesansa neden olur.

Mezopoz

Mezosfer ve termosfer arasındaki geçiş tabakası. Dikey sıcaklık dağılımında bir minimum vardır (yaklaşık -90 °C).

Karman Hattı

Geleneksel olarak Dünya atmosferi ile uzay arasındaki sınır olarak kabul edilen deniz seviyesinden yükseklik. Karman hattı deniz seviyesinden 100 km yükseklikte bulunmaktadır.

Dünya atmosferinin sınırı

Termosfer

Üst sınır- yaklaşık 800 km. Sıcaklık 200-300 km yüksekliğe kadar yükselir, burada 1500 K mertebesindeki değerlere ulaşır, daha sonra yüksek rakımlara kadar neredeyse sabit kalır. Ultraviyole ve röntgen etkisi altında güneş radyasyonu Ve kozmik radyasyon hava iyonlaşması meydana gelir (“ auroralar") - iyonosferin ana bölgeleri termosferin içinde bulunur. 300 km'nin üzerindeki rakımlarda atomik oksijen hakimdir. Termosferin üst sınırı büyük ölçüde Güneş'in mevcut aktivitesi tarafından belirlenir. Aktivitenin düşük olduğu dönemlerde bu katmanın boyutunda gözle görülür bir azalma meydana gelir.

Termopause

Atmosferin termosfere bitişik bölgesi. Bu alanda emilim güneş radyasyonuönemsizdir ve sıcaklık aslında rakımla değişmez.

Ekzosfer (saçılma küresi)

120 km yüksekliğe kadar atmosferik katmanlar

Ekzosfer, termosferin dış kısmı olan ve 700 km'nin üzerinde bulunan bir dağılım bölgesidir. Ekzosferdeki gaz çok nadirdir ve parçacıkları buradan gezegenler arası uzaya sızar (dağılım).

100 km yüksekliğe kadar atmosfer homojen, iyi karışmış bir gaz karışımıdır. Daha yüksek katmanlarda gazların yükseklik üzerindeki dağılımı, bunların moleküler ağırlıklar Ağır gazların konsantrasyonu Dünya yüzeyinden uzaklaştıkça daha hızlı azalır. Gaz yoğunluğunun azalması nedeniyle sıcaklık stratosferde 0 °C'den mezosferde -110 °C'ye düşer. Fakat kinetik enerji 200-250 km yükseklikteki bireysel parçacıklar ~150 °C sıcaklığa karşılık gelir. 200 km'nin üzerinde zaman ve uzayda sıcaklık ve gazların yoğunluğunda önemli dalgalanmalar gözlenir.

Yaklaşık 2000-3500 km yükseklikte, ekzosfer yavaş yavaş, esas olarak hidrojen atomları olmak üzere, gezegenler arası gazın oldukça nadir parçacıklarıyla dolu olan sözde yakın uzay boşluğuna dönüşür. Ancak bu gaz gezegenler arası maddenin yalnızca bir kısmını temsil ediyor. Diğer kısım kuyruklu yıldız ve meteor kökenli toz parçacıklarından oluşur. Son derece inceltilmiş toz parçacıklarına ek olarak, güneş ve galaktik kökenli elektromanyetik ve korpüsküler radyasyon bu boşluğa nüfuz eder.

Troposfer, atmosferin kütlesinin yaklaşık% 80'ini, stratosfer - yaklaşık% 20'sini oluşturur; mezosferin kütlesi -% 0,3'ten fazla değil, termosfer -% 0,05'ten az toplam kütle atmosfer. dayalı elektriksel özellikler Atmosfer nötronosfer ve iyonosfere bölünmüştür. Şu anda atmosferin 2000-3000 km yüksekliğe kadar uzandığına inanılıyor.

Atmosferdeki gazın bileşimine bağlı olarak homosfer ve heterosfer ayırt edilir. Heterosfer, yerçekiminin gazların ayrılmasını etkilediği bir alandır, çünkü bu yükseklikte gazların karışması ihmal edilebilir düzeydedir. Bu, heterosferin değişken bir bileşimini ima eder. Bunun altında atmosferin homojen ve iyi karışmış bir kısmı olan homosfer bulunur. Bu katmanlar arasındaki sınıra turbopause denir; yaklaşık 120 km yükseklikte bulunur.

Atmosfer, Dünya'da yaşamı mümkün kılan şeydir. Atmosfer hakkında ilk bilgileri ve gerçekleri geri alıyoruz. ilkokul. Lisede coğrafya derslerinde bu kavrama daha çok aşina oluyoruz.

Dünya atmosferi kavramı

Sadece Dünya'nın değil, aynı zamanda başka bir atmosferi de vardır. gök cisimleri. Ona böyle diyorlar gaz kabuğu, çevredeki gezegenler. Bu gaz katmanının bileşimi farklı gezegenlerönemli ölçüde farklıdır. Hava olarak da adlandırılan hava hakkındaki temel bilgilere ve gerçeklere bakalım.

En önemli bileşeni oksijendir. Bazı insanlar yanılgıya düşerek dünya atmosferinin tamamen oksijenden oluştuğunu düşünürler, oysa gerçekte hava bir gaz karışımıdır. %78 nitrojen ve %21 oksijen içerir. Geriye kalan yüzde bir ise ozon, argon, karbondioksit, su buharı. İzin vermek yüzde bu gazlar küçüktür, ancak performans gösterirler önemli işlev- Güneş ışınımı enerjisinin önemli bir bölümünü emer, böylece armatürün gezegenimizdeki tüm yaşamı küle çevirmesini engeller. Atmosferin özellikleri yüksekliğe bağlı olarak değişir. Örneğin 65 km yükseklikte nitrojen %86, oksijen ise %19'dur.

Dünya atmosferinin bileşimi

Karbondioksit Bitki beslenmesi için gereklidir. Canlı organizmaların solunumu, çürümesi ve yanması sonucu atmosferde ortaya çıkar. Atmosferde bulunmaması herhangi bir bitkinin varlığını imkansız hale getirir.
Oksijen- insanlar için atmosferin hayati bir bileşeni. Onun varlığı tüm canlı organizmaların varlığının bir koşuludur. Yaklaşık %20’sini oluşturur toplam hacim atmosferik gazlar.
Ozon canlı organizmalar üzerinde zararlı etkisi olan güneş ultraviyole radyasyonunun doğal bir emicisidir. Çoğu, atmosferin ayrı bir katmanını, yani ozon perdesini oluşturur. İÇİNDE son zamanlarda insan faaliyeti yavaş yavaş çökmeye başlamasına neden oluyor, ancak büyük önem taşıdığı için yürütülüyor aktif çalışma korunması ve restorasyonu için.
su buharı havanın nemini belirler. İçeriği bağlı olarak değişebilir çeşitli faktörler: hava sıcaklığı, bölgesel konum, mevsim. Düşük sıcaklıklarda havada çok az su buharı bulunur, belki yüzde birden az, yüksek sıcaklıklarda ise bu miktar %4'e ulaşır.
Yukarıdakilerin hepsine ek olarak, bileşim dünyanın atmosferi her zaman mevcut belli bir yüzde sert ve sıvı yabancı maddeler . Bu kurum, kül, deniz tuzu, toz, su damlaları, mikroorganizmalar. Hem doğal olarak hem de antropojenik olarak havaya girebilirler.

Atmosferin katmanları

Ve sıcaklık, yoğunluk ve yüksek kaliteli kompozisyon hava aynı değil farklı yükseklikler. Bu nedenle atmosferin farklı katmanlarını ayırt etmek gelenekseldir. Her birinin kendine has özellikleri vardır. Atmosferin hangi katmanlarının ayırt edildiğini öğrenelim:

Troposfer - atmosferin bu katmanı Dünya yüzeyine en yakın olanıdır. Yüksekliği kutuplardan 8-10 km, tropik bölgelerde ise 16-18 km'dir. Atmosferdeki su buharının %90'ı burada bulunur, dolayısıyla aktif eğitim bulutlar Ayrıca bu katmanda hava (rüzgar) hareketi, türbülans, konveksiyon gibi süreçler de gözlemlenir. Sıcak mevsimde tropik bölgelerde sıcaklıklar öğle saatlerinde +45 derece ile kutuplarda -65 derece arasında değişmektedir.
Stratosfer atmosferin en uzak ikinci katmanıdır. 11 ila 50 km yükseklikte bulunur. Stratosferin alt katmanında sıcaklık yaklaşık -55 olup, Dünya'dan uzaklaştıkça +1˚С'ye çıkar. Bu bölgeye inversiyon denir ve stratosfer ile mezosferin sınırıdır.
Mezosfer 50 ila 90 km yükseklikte bulunur. Alt sınırındaki sıcaklık yaklaşık 0'dır, üst sınırında ise -80...-90 ˚С'ye ulaşır. Dünya atmosferine giren meteorlar mezosferde tamamen yanar, bu nedenle burada hava parlamaları meydana gelir.
Termosfer yaklaşık 700 km kalınlığındadır. Atmosferin bu katmanında ortaya çıkar Kuzey ışıkları. Kozmik radyasyonun ve Güneş'ten yayılan radyasyonun etkisi nedeniyle ortaya çıkarlar.
Ekzosfer havanın dağıldığı bölgedir. Burada gazların konsantrasyonu küçüktür ve yavaş yavaş gezegenler arası uzaya kaçarlar.

Dünya atmosferi arasındaki sınır ve uzay Hattın 100 km olduğu değerlendiriliyor. Bu hatta Karman hattı denir.

Atmosfer basıncı

Hava tahminlerini dinlerken sıklıkla barometrik basınç değerlerini duyarız. Peki atmosferik basınç ne anlama geliyor ve bizi nasıl etkileyebilir?

Havanın gazlardan ve yabancı maddelerden oluştuğunu anladık. Bu bileşenlerin her birinin kendi ağırlığı vardır, bu da atmosferin 17. yüzyıla kadar sanıldığı gibi ağırlıksız olmadığı anlamına gelir. Atmosfer basıncı, atmosferin tüm katmanlarının Dünya yüzeyine ve tüm nesnelere baskı yaptığı kuvvettir.

Bilim adamları karmaşık hesaplamalar yaptılar ve şunu kanıtladılar: metrekare atmosferin 10.333 kg'lık bir kuvvetle bastırdığı alan. Araç, insan vücudu ağırlığı 12-15 ton olan hava basıncına maruz kalır. Bunu neden hissetmiyoruz? Bizi kurtaran, dışarıyı dengeleyen iç baskımızdır. Atmosfer basıncını uçaktayken veya dağların yükseklerindeyken hissedebilirsiniz, çünkü atmosferik basınç yükseklikte çok daha azdır. Bu durumda fiziksel rahatsızlık, kulak tıkanıklığı ve baş dönmesi mümkündür.

Çevredeki atmosfer hakkında çok şey söylenebilir. Onun hakkında çok şey biliyoruz ilginç gerçekler ve bunlardan bazıları şaşırtıcı görünebilir:

Dünya atmosferinin ağırlığı 5.300.000.000.000.000 tondur.
Ses iletimini destekler. 100 km'den daha yüksek bir rakımda bu özellik, atmosferin bileşimindeki değişiklikler nedeniyle kaybolur.
Atmosferin hareketi, Dünya yüzeyinin dengesiz ısınmasıyla tetiklenir.
Hava sıcaklığını belirlemek için termometre, atmosfer basıncını belirlemek için ise barometre kullanılır.
Atmosferin varlığı gezegenimizi her gün 100 ton meteordan kurtarıyor.
Havanın bileşimi birkaç yüz milyon yıl boyunca sabit kaldı, ancak hızlı endüstriyel faaliyetlerin başlamasıyla birlikte değişmeye başladı.
Atmosferin 3000 km yüksekliğe kadar uzandığına inanılıyor.

Atmosferin insanlar için önemi

Atmosferin fizyolojik bölgesi 5 km'dir. Deniz seviyesinden 5000 m yükseklikte kişi deneyimlemeye başlar oksijen açlığı Bu, performansında bir azalma ve refahın bozulmasıyla ifade edilir. Bu durum, bu şaşırtıcı gaz karışımının bulunmadığı bir ortamda insanın hayatta kalamayacağını göstermektedir.

Atmosferle ilgili tüm bilgi ve gerçekler, atmosferin insanlar için önemini doğrulamaktadır. Onun varlığı sayesinde Dünya'da yaşamın gelişmesi mümkün hale geldi. Zaten bugün, insanlığın hayat veren havaya eylemleriyle verebileceği zararın boyutunu değerlendirdikten sonra, atmosferi korumak ve onarmak için daha fazla önlem düşünmeliyiz.

Muhtemelen uzay hayali kuranlar muhtemelen atmosferin neden sadece Venüs ve Dünya'da olduğunu ve başka hiçbir yerde olmadığını merak etmişlerdir (şimdilik uyduyu hesaba katmıyoruz)? Ve orada görünmesini nasıl sağlayacağız. Mars'ta ya da Ay'da uzay giysisi olmadan derin nefes almanın imkansız olmasının nedeni nerede?

Bunu anlamak için ikinci kavramı incelememiz gerekecek. kaçış hızı ve ayrıca moleküler kütle ile hız arasındaki ilişkiyi inceleyin.

Dünyanın havası esas olarak aşağıdakilerden oluşur: aşağıdaki unsurlar: oksijen(O) ve nitrojen(N).

İkinci kaçış hızında, boyutu/kütlesi gezegene göre ihmal edilebilecek kadar küçük olan bir cisim sonsuza dek gezegenler arası uzaya uçacaktır.

Artık en fazlasını bilmek olası hız Azot molekülleri ve ikinci kaçış hızı sayesinde, bir gaz molekülünün hangi koşullar altında gezegen etrafındaki yörüngede kalacağını belirlemek kolaydır.

Koşul yerine getirilmelidir

veya gezegenin yarıçapı kilometre cinsinden ifade ediliyorsa o zaman

Azot içeri giriyor sıvı hal yaklaşık -200 santigrat derece veya Kelvin T=73 derece.

Yani, burada zaten ikame ediyorum bilinen miktarlar gaz halindeki nitrojenin şu durumlarda gezegenin yüzeyinde olabileceğini buluyoruz:

Dünya için bu oran 62435>21681'dir; bu, nitrojenin Dünya'nın yakınında yalnızca 73 derece Kelvin sıcaklıkta değil, aynı zamanda 210 derece Kelvin'den (yani yaklaşık 400 santigrat derece) yüksek olmayan bir sıcaklıkta da tutulabileceği anlamına gelir. . Gazın sıcaklığı daha yüksek olursa moleküllerin hızı ikinci kaçış hızından daha yüksek olacak ve gezegenler arası uzaya doğru uçmaya başlayacak ve Dünya atmosferini kaybetmeye başlayacak.

Peki ya diğer gezegenler ve nitrojen?

Verileri özet tablosundan alacağız. Güneş sistemindeki gezegenlerin temel özellikleri.

Venüs için (yarıçap=6052, serbest düşme ivmesi=8,6) 52047>21681. Azot gezegen tarafından tutulabilir.

Mars için (yarıçap=3398, yer çekimi ivmesi=3,72) 12641<21681. Азот yapamamak gezegen tarafından tutulacak.

Venüs'te 14 g/mol moleküler kütleye sahip nitrojen bulunduğundan, gezegen aynı zamanda daha yüksek kütleye sahip gazları da tutacaktır (bu, örneğin oksijenin yanı sıra metan, karbondioksit ve diğer türevler anlamına gelir.)

Peki, diyorsunuz ki, peki ya en ağır gaz olan radon? Molekül ağırlığı 226 g/mol'dür!

Radon için gaz sabiti 36.8

Gaz sıcaklığı 343 derece Kelvin'i geçmezse Mars kütlesiyle radon tutabilir. Dolayısıyla evet, Mars radon moleküllerini tutuyor ve muhtemelen kendine çekiyor ancak bu, gezegendeki yaşamı düzenlememize yardımcı olmayacak.

Yazımızın başında atmosferi olan bir uydudan bahsetmiştik. Satürn'ün doğal uydusudur. Titanyum. Yarıçapının 2575 km, yer çekimi ivmesinin ise 1.352 olması dikkat çekiyor.

Yani yukarıdaki kurallara göre uydunun atmosferi olmaması gerekir ama var.

Peki hesaplamalarımız yanlış mı? Ben öyle düşünmüyorum, aksi takdirde temel formüllerin çoğunun revize edilmesi gerekirdi.

Bunun nedeni, uydunun "annesi" Satürn'e yakın olması ve böyle bir "komşunun" varlığında moleküllerin ortalama hızı ile ikinci kozmik hız arasındaki türetilmiş yazışmanın o kadar da açık olmamasıdır.

Veya üçüncü bir seçenek olarak, uydudaki atmosferin uzaya "sızdığı", ancak bu kadar miktarda gazı neyin ürettiğini bulmanın hala imkansız olduğu.

Söylenmemiş bir şeyler kaldı... yani

Mars'ta atmosfer olması için ne yapmalıyız?

Schwarzenegger'in başrol oynadığı bilim kurgu filminde olduğu gibi güçlü istasyonlar tarafından oksijen üretilmesi işe yaramayacak... Atmosfer sonunda buharlaşacak.

Bazılarının önerdiği gibi, gezegende termonükleer yükler gibi bir şeyi patlatmanız da aynı talihsiz seçenek olacaktır.

Azotun Mars'ta kalabilmesi için ya gezegenin yarıçapını ya da yerçekimi ivmesini neredeyse iki kat artırmamız gerekiyor.

Yarıçapı artırmak imkansızdır, peki ya hızlanma?

Havanın ağırlığı sudan bin (kelimenin tam anlamıyla yaklaşık 1000) kat daha az olmasına rağmen yine de bir miktar ağırlığı vardır.
Ve ilk bakışta göründüğü kadar az değil.

Yani deniz yüzeyindeki bir metreküp su 1000 litre kaplar ve buna göre bir ton ağırlığındadır. Onlar. 1 metre x 1 metre x 1 metre boyutlarında suyla dolu kübik bir kabın ağırlığı (veya daha doğrusu kütlesi) 1000 kilogramdır. Kabın ağırlığını saymıyorum. Örneğin standart bir banyo bu küpün üçte birini içerir; 300 litre.

Havayla dolu olan aynı küpün (yani bizim konseptlerimize göre boş) ağırlığı 1,3 kilogramdır. Bu, kübik kabın içindeki havanın ağırlığıdır.

Ancak atmosferin hacmini doğru bir şekilde hesaplamak o kadar kolay bir iş değil. Birincisi, atmosferin bittiği ve havasız alanın başladığı yerin burası olup olmadığını güvenilir bir doğrulukla belirlemek pek mümkün değildir ve ikincisi, artan rakımla birlikte hava yoğunluğu keskin bir şekilde düşer.

Atmosferin 2000-3000 km kalınlığında olduğu ve kütlesinin yarısının yüzeyden 5 km içeride yer aldığı düşünülüyor.

Ancak atmosferin ağırlığını öğrenmenin çok doğru bir yolu daha var. 400 yıl önce seçkin bilim adamı, matematikçi, fizikçi, yazar ve filozof Blaise Pascal tarafından kullanıldı.

Atmosfer basıncının (milimetre cıva cinsinden) ne olduğunu ve normal koşullar altında deniz yüzeyinde aynı milimetrenin yaklaşık 760'ı olduğunu bilmek yeterlidir.
Pascal'ın deneylerinden birkaç yıl önce bu gerçek, Galileo Evangelista Torricelli'nin öğrencisi İtalyan matematikçi ve fizikçi tarafından keşfedildi.

Yani deniz seviyesinde dünya yüzeyinin 1 santimetrekaresine düşen atmosfer basıncını dengelemek için 760 milimetre yüksekliğinde bir cıva sütununa ihtiyaç vardır; bu cıva sütununun ağırlığı yaklaşık 1033 gramdır. Bu santimetre kareye baskı yapan hava aynı ağırlığa sahiptir, ancak yüksekliği çok daha fazladır - aynı 2000-3000 km şu andaönemli değil.

Artık dünya yüzeyinin alanını hesaplamak yeterli. Hepimizin hatırladığı gibi Dünya, yarıçapı yaklaşık 6.400 kilometre olan (veya ekvatordaki çevresi yaklaşık 40.000 km olan) bir küredir ve hepimizin hatırladığı gibi (lise 8. sınıftan itibaren) S küre = 4πR 2 .

Dünyanın toplam yüzey alanı yaklaşık 510.072.000 km², atmosferin toplam kütlesi ise 5 x 10 21 gram veya 5 x 10 15 ton, yani 5 katrilyon ton!

Bu rakam o zamanlar Pascal'ı hayrete düşürmüştü çünkü çapı 10 km olan bir bakır topun aynı ağırlığa sahip olacağını hesaplamıştı.

O kadar hafif değil bu hava...

Not: Bu arada, üç yıl önceki bir yazıda atmosferik basınç veya daha doğrusu artan rakımla azalması ve bunun sonucunda ortaya çıkan sonuçlar hakkında birkaç ilginç gerçek. Karanlığa gömülmemeli...

Atmosfer(Yunan atmosferinden - buhar ve spharia - top) - Dünya'nın onunla birlikte dönen hava kabuğu. Atmosferin gelişimi, gezegenimizde meydana gelen jeolojik ve jeokimyasal süreçlerin yanı sıra canlı organizmaların faaliyetleriyle de yakından ilişkiliydi.

Hava topraktaki en küçük gözeneklere nüfuz ettiğinden ve suda bile çözündüğünden atmosferin alt sınırı Dünya yüzeyiyle çakışır.

2000-3000 km yükseklikteki üst sınır yavaş yavaş uzaya geçmektedir.

Oksijen içeren atmosfer sayesinde Dünya'da yaşam mümkündür. Atmosferdeki oksijen insanların, hayvanların ve bitkilerin solunum sürecinde kullanılır.

Eğer atmosfer olmasaydı Dünya Ay kadar sessiz olurdu. Sonuçta ses, hava parçacıklarının titreşimidir. Gökyüzünün mavi rengi, atmosferden geçen güneş ışınlarının sanki bir mercekten geçiyormuş gibi bileşen renklerine ayrışmasıyla açıklanmaktadır. Bu durumda en çok mavi ve mavi renklerin ışınları saçılır.

Atmosfer, güneşin canlı organizmalar üzerinde zararlı etkisi olan ultraviyole radyasyonunun çoğunu hapseder. Aynı zamanda ısıyı Dünya yüzeyine yakın tutarak gezegenimizin soğumasını önler.

Atmosferin yapısı

Atmosferde yoğunluk bakımından farklılık gösteren birkaç katman ayırt edilebilir (Şekil 1).

Troposfer

Troposfer- kutupların üzerinde kalınlığı 8-10 km, ılıman enlemlerde - 10-12 km ve ekvatorun üstünde - 16-18 km olan atmosferin en alt katmanı.

Pirinç. 1. Dünya atmosferinin yapısı

Troposferdeki hava, dünya yüzeyi yani kara ve su tarafından ısıtılır. Dolayısıyla bu katmandaki hava sıcaklığı yükseklikle birlikte her 100 m'de ortalama 0,6 °C azalır. Troposferin üst sınırında -55 °C'ye ulaşır. Aynı zamanda troposferin üst sınırındaki ekvator bölgesinde hava sıcaklığı -70 °C, Kuzey Kutbu bölgesinde ise -65 °C'dir.

Atmosfer kütlesinin yaklaşık% 80'i troposferde yoğunlaşır, su buharının neredeyse tamamı bulunur, fırtınalar, fırtınalar, bulutlar ve yağışlar meydana gelir ve havanın dikey (konveksiyon) ve yatay (rüzgar) hareketi meydana gelir.

Havanın esas olarak troposferde oluştuğunu söyleyebiliriz.

Stratosfer

Stratosfer- Troposferin üzerinde 8 ila 50 km yükseklikte bulunan atmosfer katmanı. Bu katmanda gökyüzünün rengi mor görünür, bu da havanın inceliğiyle açıklanır, bu nedenle güneş ışınları neredeyse hiç dağılmaz.

Stratosfer atmosfer kütlesinin %20'sini içerir. Bu katmandaki hava nadirdir, neredeyse hiç su buharı yoktur ve bu nedenle neredeyse hiç bulut ve yağış oluşmaz. Ancak stratosferde hızı 300 km/saat'e ulaşan sabit hava akımları gözlemleniyor.

Bu katman konsantre ozon(ozon perdesi, ozonosfer), ultraviyole ışınları emerek Dünya'ya ulaşmasını engelleyen ve böylece gezegenimizdeki canlı organizmaları koruyan bir katmandır. Ozon sayesinde stratosferin üst sınırındaki hava sıcaklığı -50 ila 4-55 °C arasında değişmektedir.

Mezosfer ve stratosfer arasında bir geçiş bölgesi vardır - stratopoz.

Mezosfer

Mezosfer- 50-80 km yükseklikte bulunan atmosfer katmanı. Buradaki hava yoğunluğu Dünya yüzeyine göre 200 kat daha azdır. Mezosferde gökyüzünün rengi siyah görünür ve gün boyunca yıldızlar görünür. Hava sıcaklığı -75 (-90)°C'ye düşer.

80 km yükseklikte başlıyor termosfer. Bu katmandaki hava sıcaklığı keskin bir şekilde 250 m yüksekliğe yükselir ve ardından sabit hale gelir: 150 km yükseklikte 220-240 ° C'ye ulaşır; 500-600 km yükseklikte 1500 °C'yi aşıyor.

Mezosferde ve termosferde, kozmik ışınların etkisi altında, gaz molekülleri yüklü (iyonize) atom parçacıklarına parçalanır, bu nedenle atmosferin bu kısmına denir. iyonosfer- 50 ila 1000 km yükseklikte bulunan, esas olarak iyonize oksijen atomları, nitrojen oksit molekülleri ve serbest elektronlardan oluşan çok seyrekleştirilmiş bir hava tabakası. Bu katman, yüksek elektrifikasyon ile karakterize edilir ve uzun ve orta radyo dalgaları, tıpkı bir ayna gibi ondan yansıtılır.

İyonosferde auroralar ortaya çıkar - Güneş'ten uçan elektrik yüklü parçacıkların etkisi altında seyreltilmiş gazların parlaması - ve manyetik alanda keskin dalgalanmalar gözlenir.

Ekzosfer

Ekzosfer- atmosferin 1000 km'nin üzerinde bulunan dış katmanı. Gaz parçacıkları burada yüksek hızla hareket ettiğinden ve uzaya saçılabildiğinden bu katmana saçılma küresi de deniyor.

Atmosfer bileşimi

Atmosfer, azot (%78,08), oksijen (%20,95), karbondioksit (%0,03), argon (%0,93), az miktarda helyum, neon, ksenon, kripton (%0,01), ozon ve diğer gazlar, ancak içerikleri ihmal edilebilir düzeydedir (Tablo 1). Dünya havasının modern bileşimi yüz milyon yıldan daha uzun bir süre önce oluşturuldu, ancak keskin bir şekilde artan insan üretim faaliyeti yine de bunun değişmesine yol açtı. Şu anda CO 2 içeriğinde yaklaşık %10-12 civarında bir artış var.

Atmosferi oluşturan gazlar çeşitli fonksiyonel roller üstlenirler. Bununla birlikte, bu gazların asıl önemi, öncelikle radyant enerjiyi çok güçlü bir şekilde absorbe etmeleri ve dolayısıyla Dünya yüzeyinin ve atmosferinin sıcaklık rejimi üzerinde önemli bir etkiye sahip olmaları gerçeğiyle belirlenir.

Tablo 1. Dünya yüzeyine yakın kuru atmosferik havanın kimyasal bileşimi

	Hacim konsantrasyonu. %	Molekül ağırlığı, birimler

Oksijen

Karbondioksit





nitröz oksit
	0'dan 0,00001'e
Kükürt dioksit	yazın 0'dan 0,000007'ye; kışın 0'dan 0,000002'ye
	0'dan 0,000002'ye	46,0055/17,03061
Azog dioksit

Karbon monoksit

Azot, Atmosferdeki en yaygın gazdır ve kimyasal olarak çok az aktiftir.

Oksijen Azotun aksine kimyasal olarak çok aktif bir elementtir. Oksijenin spesifik işlevi, heterotrofik organizmaların, kayaların ve volkanlar tarafından atmosfere yayılan az oksitlenmiş gazların organik maddesinin oksidasyonudur. Oksijen olmasaydı ölü organik maddelerin ayrışması olmazdı.

Karbondioksitin atmosferdeki rolü son derece büyüktür. Yanma, canlı organizmaların solunumu ve çürüme süreçlerinin bir sonucu olarak atmosfere girer ve her şeyden önce fotosentez sırasında organik madde oluşumunun ana yapı malzemesidir. Ek olarak, karbondioksitin kısa dalga güneş ışınımını iletme ve termal uzun dalga ışınımının bir kısmını absorbe etme yeteneği de büyük önem taşımaktadır ve bu, aşağıda tartışılacak olan sera etkisini yaratacaktır.

Atmosfer süreçleri, özellikle stratosferin termal rejimi de şunlardan etkilenir: ozon. Bu gaz, güneşten gelen ultraviyole radyasyonun doğal bir emicisi olarak görev yapar ve güneş radyasyonunun emilmesi havanın ısınmasına yol açar. Atmosferdeki toplam ozon içeriğinin aylık ortalama değerleri enlem ve yılın zamanına bağlı olarak 0,23-0,52 cm aralığında değişmektedir (bu, ozon tabakasının yer basıncı ve sıcaklıktaki kalınlığıdır). Ekvatordan kutuplara doğru ozon içeriğinde bir artış ve en az sonbaharda, en fazla ise ilkbaharda olmak üzere yıllık bir döngü vardır.

Atmosferin karakteristik bir özelliği, ana gazların (azot, oksijen, argon) içeriğinin rakımla birlikte biraz değişmesidir: 65 km yükseklikte atmosferdeki nitrojen içeriği% 86, oksijen - 19, argon - 0,91'dir. 95 km yükseklikte - nitrojen 77, oksijen - 21,3, argon -% 0,82. Atmosfer havasının bileşiminin dikey ve yatay olarak sabitliği, karıştırılmasıyla korunur.

Havada gazların yanı sıra su buharı Ve katı parçacıklar.İkincisi hem doğal hem de yapay (antropojenik) kökene sahip olabilir. Bunlar polen, küçük tuz kristalleri, yol tozu ve aerosol yabancı maddeleridir. Güneş ışınları pencereden içeri girdiğinde çıplak gözle görülebilir.

Özellikle şehirlerin ve büyük sanayi merkezlerinin havasında, yakıtın yanması sırasında oluşan zararlı gaz emisyonlarının ve bunların safsızlıklarının aerosollere eklendiği çok sayıda partikül partikül bulunmaktadır.

Atmosferdeki aerosol konsantrasyonu, havanın şeffaflığını belirler ve bu, Dünya yüzeyine ulaşan güneş ışınımını etkiler. En büyük aerosoller yoğunlaşma çekirdekleridir (enlem. yoğunlaşma- sıkıştırma, kalınlaşma) - su buharının su damlacıklarına dönüşmesine katkıda bulunur.

Su buharının önemi öncelikle dünya yüzeyinden gelen uzun dalga termal radyasyonu geciktirmesiyle belirlenir; büyük ve küçük nem döngülerinin ana bağlantısını temsil eder; su yataklarının yoğunlaşması sırasında hava sıcaklığını arttırır.

Atmosferdeki su buharı miktarı zamana ve mekana göre değişir. Bu nedenle, dünya yüzeyindeki su buharı konsantrasyonu tropik bölgelerde %3 ile Antarktika'da %2-10 (15) arasında değişmektedir.

Ilıman enlemlerde atmosferin dikey sütunundaki ortalama su buharı içeriği yaklaşık 1,6-1,7 cm'dir (bu, yoğunlaşmış su buharı tabakasının kalınlığıdır). Atmosferin farklı katmanlarındaki su buharına ilişkin bilgiler çelişkilidir. Örneğin, 20 ila 30 km arasındaki rakım aralığında özgül nemin rakımla birlikte güçlü bir şekilde arttığı varsayılmıştır. Ancak sonraki ölçümler stratosferin daha fazla kuru olduğunu gösteriyor. Görünen o ki, stratosferdeki özgül nem yüksekliğe çok az bağlıdır ve 2-4 mg/kg'dır.

Troposferdeki su buharı içeriğinin değişkenliği, buharlaşma, yoğunlaşma ve yatay taşınma işlemlerinin etkileşimi ile belirlenir. Su buharının yoğunlaşması sonucu bulutlar oluşur ve yağışlar yağmur, dolu ve kar şeklinde düşer.

Suyun faz geçiş süreçleri ağırlıklı olarak troposferde meydana gelir, bu nedenle sedefli ve gümüşi olarak adlandırılan stratosferdeki (20-30 km yükseklikte) ve mezosferdeki (mezopozun yakınında) bulutlar nispeten nadir görülürken, troposferik bulutlar genellikle tüm dünya yüzeyinin yaklaşık %50'sini kaplar.

Havada bulunabilecek su buharı miktarı hava sıcaklığına bağlıdır.

-20 ° C sıcaklıkta 1 m3 hava 1 g'dan fazla su içeremez; 0 °C'de - en fazla 5 g; +10 °C'de - en fazla 9 g; +30 °C'de - en fazla 30 g su.

Çözüm: Hava sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, o kadar fazla su buharı içerebilir.

Hava olabilir zengin Ve doymamış su buharı. Yani, +30 °C sıcaklıkta 1 m3 hava 15 g su buharı içeriyorsa, hava su buharına doymamış demektir; 30 g ise - doymuş.

Mutlak nem 1 m3 havada bulunan su buharı miktarıdır. Gram cinsinden ifade edilir. Mesela “mutlak nem 15” derlerse bu 1 mL’de 15 gr su buharı var demektir.

Bağıl nem- bu, 1 m3 havadaki gerçek su buharı içeriğinin, belirli bir sıcaklıkta 1 m L'de bulunabilen su buharı miktarına oranıdır (yüzde olarak). Örneğin, radyo bağıl nemin %70 olduğunu bildiren bir hava durumu raporu yayınlıyorsa bu, havanın o sıcaklıkta tutabileceği su buharının %70'ini içerdiği anlamına gelir.

Bağıl nem ne kadar yüksek olursa, yani Hava doygunluğa ne kadar yakınsa yağış olasılığı da o kadar yüksektir.

Ekvator bölgesinde her zaman yüksek (% 90'a kadar) bağıl hava nemi gözlenir, çünkü orada hava sıcaklığı yıl boyunca yüksek kalır ve okyanusların yüzeyinden büyük buharlaşma meydana gelir. Polar bölgelerde bağıl nem de yüksektir, ancak düşük sıcaklıklarda az miktarda su buharı bile havayı doymuş veya doygunluğa yakın hale getirir. Ilıman enlemlerde bağıl nem mevsimlere göre değişir; kışın daha yüksek, yazın daha düşüktür.

Çöllerdeki bağıl hava nemi özellikle düşüktür: 1 m 1 hava, belirli bir sıcaklıkta mümkün olandan iki ila üç kat daha az su buharı içerir.

Bağıl nemi ölçmek için bir higrometre kullanılır (Yunanca higros - ıslak ve metreco - ölçerim).

Doymuş hava soğuduğunda aynı miktarda su buharını tutamaz; yoğunlaşarak sis damlacıklarına dönüşür. Sis yaz aylarında açık ve serin bir gecede görülebilir.

Bulutlar- bu aynı sistir, ancak dünya yüzeyinde değil, belli bir yükseklikte oluşur. Hava yükseldikçe soğur ve içindeki su buharı yoğunlaşır. Ortaya çıkan küçük su damlacıkları bulutları oluşturur.

Bulut oluşumu aynı zamanda şunları içerir: parçacık madde Troposferde asılı kaldı.

Bulutlar, oluşum koşullarına bağlı olarak farklı şekillere sahip olabilir (Tablo 14).

En alçak ve en ağır bulutlar stratus'tur. Dünya yüzeyinden 2 km yükseklikte bulunurlar. 2 ila 8 km yükseklikte daha pitoresk kümülüs bulutları gözlemlenebilir. En yüksek ve en hafifleri sirüs bulutlarıdır. Dünya yüzeyinden 8 ila 18 km yükseklikte bulunurlar.

Aileler	Bulut çeşitleri	Dış görünüş
A. Üst bulutlar - 6 km'nin üzerinde	I. Cirrus	İplik benzeri, lifli, beyaz
	II. Dairesel kümülüs	Küçük pullardan ve buklelerden oluşan katmanlar ve çıkıntılar, beyaz
	III. Sirostratüs	Şeffaf beyazımsı peçe
B. Orta seviye bulutlar - 2 km'nin üzerinde	IV. Altokümülüs	Beyaz ve gri renkteki katmanlar ve sırtlar
B. Orta seviye bulutlar - 2 km'nin üzerinde	V. Alt tabakalı	Sütlü gri renkte pürüzsüz örtü
B. Alçak bulutlar - 2 km'ye kadar	VI. Nimbostratus	Katı şekilsiz gri katman
	VII. Stratokümülüs	Şeffaf olmayan katmanlar ve gri renkli sırtlar
	VIII. Katmanlı	Yarı saydam olmayan gri örtü
D. Dikey gelişim bulutları - alttan üste doğru	IX. Kümülüs	Kulüpler ve kubbeler parlak beyazdır, kenarları rüzgarda yırtılmıştır
D. Dikey gelişim bulutları - alttan üste doğru	X. Kümülonimbus	Koyu kurşun renginde kümülüs şeklindeki güçlü kütleler

Atmosfer koruması

Ana kaynaklar endüstriyel işletmeler ve otomobillerdir. Büyük şehirlerde ana ulaşım yollarındaki gaz kirliliği sorunu çok ciddidir. Bu nedenle ülkemiz de dahil olmak üzere dünyadaki birçok büyük şehir, araç egzoz gazlarının toksisitesine yönelik çevresel kontrolü uygulamaya koymuştur. Uzmanlara göre havadaki duman ve toz, güneş enerjisinin dünya yüzeyine ulaşmasını yarı yarıya azaltabilir ve bu da doğal koşulların değişmesine yol açabilir.