Đặc điểm của các tầng trên của khí quyển. Bầu không khí

10,045×10 3 J/(kg*K) (trong khoảng nhiệt độ từ 0-100°C), C v 8,3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C). Độ hòa tan của không khí trong nước ở 0°C là 0,036%, ở 25°C - 0,22%.

Thành phần khí quyển

Lịch sử hình thành khí quyển

Lịch sử ban đầu

Hiện tại, khoa học không thể theo dõi tất cả các giai đoạn hình thành Trái đất với độ chính xác một trăm phần trăm. Theo lý thuyết phổ biến nhất, bầu khí quyển Trái đất có bốn thành phần khác nhau theo thời gian. Ban đầu, nó bao gồm các loại khí nhẹ (hydro và heli) được thu giữ từ không gian liên hành tinh. Đây là cái gọi là bầu khí quyển sơ cấp. Ở giai đoạn tiếp theo, hoạt động núi lửa đang hoạt động dẫn đến sự bão hòa của khí quyển với các loại khí khác ngoài hydro (hydrocacbon, amoniac, hơi nước). Đây là cách nó được hình thành khí quyển thứ cấp. Bầu không khí này đã được phục hồi. Hơn nữa, quá trình hình thành khí quyển được xác định bởi các yếu tố sau:

rò rỉ hydro liên tục vào không gian liên hành tinh;
các phản ứng hóa học xảy ra trong khí quyển dưới tác dụng của bức xạ cực tím, phóng điện sét và một số yếu tố khác.

Dần dần những yếu tố này đã dẫn đến sự hình thành bầu khí quyển cấp ba, được đặc trưng bởi hàm lượng hydro thấp hơn nhiều và hàm lượng nitơ và carbon dioxide cao hơn nhiều (được hình thành do các phản ứng hóa học từ amoniac và hydrocarbon).

Sự xuất hiện của sự sống và oxy

Với sự xuất hiện của các sinh vật sống trên Trái đất là kết quả của quá trình quang hợp, kèm theo sự giải phóng oxy và hấp thụ carbon dioxide, thành phần của khí quyển bắt đầu thay đổi. Tuy nhiên, có dữ liệu (phân tích thành phần đồng vị của oxy trong khí quyển và được giải phóng trong quá trình quang hợp) chỉ ra nguồn gốc địa chất của oxy trong khí quyển.

Ban đầu, oxy được sử dụng để oxy hóa các hợp chất khử - hydrocarbon, dạng sắt chứa trong đại dương, v.v. Vào cuối giai đoạn này, hàm lượng oxy trong khí quyển bắt đầu tăng lên.

Vào những năm 1990, các thí nghiệm đã được thực hiện để tạo ra một hệ sinh thái khép kín (“Sinh quyển 2”), trong đó không thể tạo ra một hệ thống ổn định với thành phần không khí đồng đều. Ảnh hưởng của vi sinh vật dẫn đến giảm nồng độ oxy và tăng lượng carbon dioxide.

Nitơ

Sự hình thành một lượng lớn N 2 là do quá trình oxy hóa bầu khí quyển amoniac-hydro sơ cấp với phân tử O 2, bắt đầu đến từ bề mặt hành tinh do quá trình quang hợp, được cho là khoảng 3 tỷ năm trước (theo sang một phiên bản khác, oxy trong khí quyển có nguồn gốc địa chất). Nitơ bị oxy hóa thành NO ở tầng trên của khí quyển, được sử dụng trong công nghiệp và bị liên kết bởi vi khuẩn cố định đạm, trong khi N2 được thải vào khí quyển do quá trình khử nitrat và các hợp chất chứa nitơ khác.

Nitơ N 2 là một loại khí trơ và chỉ phản ứng trong những điều kiện cụ thể (ví dụ, khi phóng điện sét). Vi khuẩn lam và một số vi khuẩn (ví dụ vi khuẩn nốt sần hình thành cộng sinh rhizobium với cây họ đậu) có thể oxy hóa nó và chuyển nó thành dạng sinh học.

Quá trình oxy hóa nitơ phân tử bằng phóng điện được sử dụng trong sản xuất công nghiệp phân bón nitơ và nó cũng dẫn đến sự hình thành các mỏ nitrat độc nhất ở sa mạc Atacama của Chile.

Khí hiếm

Đốt cháy nhiên liệu là nguồn phát thải khí ô nhiễm chính (CO, NO, SO2). Sulfur dioxide bị oxy hóa bởi không khí O 2 thành SO 3 ở các tầng trên của khí quyển, tương tác với hơi H 2 O và NH 3, tạo thành H 2 SO 4 và (NH 4) 2 SO 4 quay trở lại bề mặt Trái đất cùng với lượng mưa. Việc sử dụng động cơ đốt trong dẫn đến ô nhiễm khí quyển đáng kể với các oxit nitơ, hydrocacbon và các hợp chất Pb.

Ô nhiễm khí dung trong khí quyển được gây ra bởi cả nguyên nhân tự nhiên (núi lửa phun trào, bão bụi, sự mang theo các giọt nước biển và hạt phấn hoa, v.v.) và các hoạt động kinh tế của con người (khai thác quặng và vật liệu xây dựng, đốt nhiên liệu, sản xuất xi măng, v.v.). ) . Việc giải phóng các hạt vật chất dạng hạt vào khí quyển ở quy mô lớn là một trong những nguyên nhân có thể gây ra biến đổi khí hậu trên hành tinh.

Cấu trúc của khí quyển và đặc điểm của từng lớp vỏ

Trạng thái vật lý của khí quyển được xác định bởi thời tiết và khí hậu. Các thông số cơ bản của khí quyển: mật độ không khí, áp suất, nhiệt độ và thành phần. Khi độ cao tăng lên, mật độ không khí và áp suất khí quyển giảm. Nhiệt độ cũng thay đổi theo sự thay đổi độ cao. Cấu trúc thẳng đứng của khí quyển được đặc trưng bởi nhiệt độ và tính chất điện khác nhau cũng như các điều kiện không khí khác nhau. Tùy thuộc vào nhiệt độ trong khí quyển, các lớp chính sau được phân biệt: tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung lưu, tầng nhiệt, tầng ngoài (quả cầu tán xạ). Các vùng chuyển tiếp của khí quyển giữa các lớp vỏ lân cận lần lượt được gọi là vùng đối lưu, tầng bình lưu, v.v..

Tầng đối lưu

Tầng bình lưu

Trong tầng bình lưu, phần lớn phần sóng ngắn của bức xạ tử ngoại (180-200 nm) được giữ lại và năng lượng của sóng ngắn bị biến đổi. Dưới tác động của các tia này, từ trường thay đổi, các phân tử tan rã, xảy ra quá trình ion hóa và hình thành các loại khí mới và các hợp chất hóa học khác. Những quá trình này có thể được quan sát dưới dạng ánh sáng phương bắc, tia sét và các ánh sáng rực rỡ khác.

Ở tầng bình lưu và các tầng cao hơn, dưới tác dụng của bức xạ mặt trời, các phân tử khí phân ly thành nguyên tử (trên 80 km CO 2 và H 2 phân ly, trên 150 km - O 2, trên 300 km - H 2). Ở độ cao 100-400 km, quá trình ion hóa các chất khí cũng xảy ra ở tầng điện ly; ở độ cao 320 km, nồng độ các hạt tích điện (O + 2, O − 2, N + 2) là ~ 1/300 so với nồng độ của các hạt trung tính. Ở các tầng trên của khí quyển có các gốc tự do - OH, HO 2, v.v.

Hầu như không có hơi nước trong tầng bình lưu.

Tầng trung lưu

Ở độ cao 100 km, bầu khí quyển là một hỗn hợp khí đồng nhất, được trộn đều. Ở các lớp cao hơn, sự phân bố của các chất khí theo chiều cao phụ thuộc vào khối lượng phân tử của chúng; nồng độ các chất khí nặng hơn giảm nhanh hơn theo khoảng cách từ bề mặt Trái đất. Do mật độ khí giảm, nhiệt độ giảm từ 0°C ở tầng bình lưu xuống -110°C ở tầng trung lưu. Tuy nhiên, động năng của từng hạt ở độ cao 200-250 km tương ứng với nhiệt độ ~1500°C. Trên 200 km, người ta quan sát thấy sự dao động đáng kể về nhiệt độ và mật độ khí theo thời gian và không gian.

Ở độ cao khoảng 2000-3000 km, tầng ngoài dần dần biến thành cái gọi là chân không gần không gian, nơi chứa đầy các hạt khí liên hành tinh có độ tinh khiết cao, chủ yếu là các nguyên tử hydro. Nhưng loại khí này chỉ đại diện cho một phần của vật chất liên hành tinh. Phần còn lại bao gồm các hạt bụi có nguồn gốc từ sao chổi và thiên thạch. Ngoài những hạt cực kỳ hiếm này, bức xạ điện từ và hạt có nguồn gốc từ mặt trời và thiên hà cũng xâm nhập vào không gian này.

Tầng đối lưu chiếm khoảng 80% khối lượng của khí quyển, tầng bình lưu - khoảng 20%; khối lượng của tầng trung lưu không quá 0,3%, tầng nhiệt điện nhỏ hơn 0,05% tổng khối lượng của khí quyển. Dựa trên các tính chất điện trong khí quyển, tầng neutron và tầng điện ly được phân biệt. Hiện tại người ta tin rằng bầu khí quyển kéo dài đến độ cao 2000-3000 km.

Tùy thuộc vào thành phần khí trong khí quyển, chúng phát ra đồng quyển Và dị quyển. dị quyển- Đây là khu vực mà trọng lực ảnh hưởng đến sự phân tách khí, vì sự hòa trộn của chúng ở độ cao như vậy là không đáng kể. Điều này ngụ ý một thành phần thay đổi của không gian khác nhau. Bên dưới nó là một phần hỗn hợp và đồng nhất của khí quyển được gọi là quyển đồng nhất. Ranh giới giữa các lớp này được gọi là turbopause, nó nằm ở độ cao khoảng 120 km.

Đặc tính khí quyển

Ở độ cao 5 km so với mực nước biển, một người chưa được huấn luyện bắt đầu cảm thấy thiếu oxy và nếu không thích nghi, hiệu suất của một người sẽ giảm đáng kể. Vùng sinh lý của khí quyển kết thúc ở đây. Con người không thể thở ở độ cao 15 km, mặc dù ở độ cao khoảng 115 km bầu khí quyển có chứa oxy.

Bầu không khí cung cấp cho chúng ta lượng oxy cần thiết để thở. Tuy nhiên, do áp suất tổng của khí quyển giảm nên khi bạn lên cao, áp suất riêng phần của oxy cũng giảm theo.

Phổi của con người liên tục chứa khoảng 3 lít không khí phế nang. Áp suất riêng phần của oxy trong không khí phế nang ở áp suất khí quyển bình thường là 110 mmHg. Nghệ thuật, áp suất carbon dioxide - 40 mm Hg. Art., và hơi nước −47 mm Hg. Nghệ thuật. Khi độ cao ngày càng tăng, áp suất oxy giảm xuống và tổng áp suất hơi của nước và carbon dioxide trong phổi gần như không đổi - khoảng 87 mm Hg. Nghệ thuật. Việc cung cấp oxy cho phổi sẽ hoàn toàn dừng lại khi áp suất không khí xung quanh bằng giá trị này.

Ở độ cao khoảng 19-20 km, áp suất khí quyển giảm xuống còn 47 mm Hg. Nghệ thuật. Do đó, ở độ cao này, nước và dịch kẽ bắt đầu sôi trong cơ thể con người. Bên ngoài cabin điều áp ở độ cao này, cái chết gần như xảy ra ngay lập tức. Do đó, theo quan điểm sinh lý con người, “không gian” đã bắt đầu ở độ cao 15-19 km.

Các lớp không khí dày đặc - tầng đối lưu và tầng bình lưu - bảo vệ chúng ta khỏi tác hại của bức xạ. Với độ hiếm của không khí, ở độ cao hơn 36 km, bức xạ ion hóa - tia vũ trụ sơ cấp - có tác động mạnh mẽ đến cơ thể; Ở độ cao hơn 40 km, phần tử ngoại của quang phổ mặt trời rất nguy hiểm cho con người.

Khí quyển (từ tiếng Hy Lạp cổ ἀτμός - hơi nước và σφαῖρα - quả bóng) là một lớp vỏ khí (địa quyển) bao quanh hành tinh Trái đất. Bề mặt bên trong của nó bao phủ thủy quyển và một phần vỏ trái đất, trong khi bề mặt bên ngoài của nó giáp với phần gần Trái đất của không gian bên ngoài.

Tập hợp các ngành vật lý và hóa học nghiên cứu khí quyển thường được gọi là vật lý khí quyển. Bầu khí quyển quyết định thời tiết trên bề mặt Trái đất, khí tượng học nghiên cứu thời tiết và khí hậu học nghiên cứu các biến đổi khí hậu lâu dài.

Tính chất vật lý

Độ dày của khí quyển cách bề mặt Trái đất khoảng 120 km. Tổng khối lượng không khí trong khí quyển là (5,1-5,3) 1018 kg. Trong đó, khối lượng không khí khô là (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, tổng khối lượng hơi nước trung bình là 1,27 1016 kg.

Khối lượng mol của không khí khô sạch là 28,966 g/mol và mật độ không khí ở mặt biển xấp xỉ 1,2 kg/m3. Áp suất ở 0°C ở mực nước biển là 101,325 kPa; nhiệt độ tới hạn - −140,7 ° C (~132,4 K); áp suất tới hạn - 3,7 MPa; Cp ở 0 °C - 1,0048·103 J/(kg·K), Cv - 0,7159·103 J/(kg·K) (ở 0 °C). Độ hòa tan của không khí trong nước (theo khối lượng) ở 0 °C - 0,0036%, ở 25 °C - 0,0023%.

Những điều sau đây được chấp nhận là “điều kiện bình thường” trên bề mặt Trái đất: mật độ 1,2 kg/m3, áp suất khí quyển 101,35 kPa, nhiệt độ cộng thêm 20 °C và độ ẩm tương đối 50%. Những chỉ báo có điều kiện này có ý nghĩa thuần túy về mặt kỹ thuật.

Thành phần hóa học

Bầu khí quyển của Trái đất hình thành do sự giải phóng khí trong các vụ phun trào núi lửa. Với sự ra đời của đại dương và sinh quyển, nó được hình thành do sự trao đổi khí với nước, thực vật, động vật và các sản phẩm phân hủy của chúng trong đất và đầm lầy.

Hiện nay, bầu khí quyển của Trái đất bao gồm chủ yếu là khí và các tạp chất khác nhau (bụi, giọt nước, tinh thể băng, muối biển, sản phẩm cháy).

Nồng độ các loại khí tạo nên bầu khí quyển gần như không đổi, ngoại trừ nước (H2O) và carbon dioxide (CO2).

Thành phần của không khí khô


Nitơ
Ôxy
Argon
Nước
Khí cacbonic
neon
Heli
Mêtan
Krypton
Hydro
xenon
oxit nitơ

Ngoài các loại khí nêu trong bảng, khí quyển còn chứa SO2, NH3, CO, ozon, hydrocarbon, HCl, HF, hơi Hg, I2, cũng như NO và nhiều loại khí khác với số lượng nhỏ. Tầng đối lưu liên tục chứa một lượng lớn các hạt rắn và lỏng lơ lửng (aerosol).

Cấu trúc của khí quyển

Tầng đối lưu

Giới hạn trên của nó là ở độ cao 8-10 km ở vùng cực, 10-12 km ở vùng ôn đới và 16-18 km ở vĩ độ nhiệt đới; vào mùa đông thấp hơn vào mùa hè. Lớp chính phía dưới của khí quyển chứa hơn 80% tổng khối lượng không khí trong khí quyển và khoảng 90% tổng lượng hơi nước có trong khí quyển. Sự nhiễu loạn và đối lưu phát triển mạnh ở tầng đối lưu, các đám mây xuất hiện và các xoáy thuận và xoáy thuận phát triển. Nhiệt độ giảm khi độ cao tăng dần với độ dốc thẳng đứng trung bình là 0,65°/100 m

nhiệt đới

Lớp chuyển tiếp từ tầng đối lưu sang tầng bình lưu, một lớp khí quyển trong đó sự giảm nhiệt độ theo độ cao dừng lại.

Tầng bình lưu

Tầng khí quyển nằm ở độ cao từ 11 đến 50 km. Đặc trưng bởi sự thay đổi nhỏ về nhiệt độ ở lớp 11-25 km (lớp dưới của tầng bình lưu) và sự gia tăng nhiệt độ ở lớp 25-40 km từ −56,5 đến 0,8 ° C (lớp trên của tầng bình lưu hoặc vùng đảo ngược) . Đạt giá trị khoảng 273 K (gần 0 °C) ở độ cao khoảng 40 km, nhiệt độ không đổi cho đến độ cao khoảng 55 km. Vùng nhiệt độ không đổi này được gọi là tầng bình lưu và là ranh giới giữa tầng bình lưu và tầng trung lưu.

Mãn kinh

Lớp ranh giới của khí quyển giữa tầng bình lưu và tầng trung lưu. Trong phân bố nhiệt độ theo chiều dọc có mức tối đa (khoảng 0 ° C).

Tầng trung lưu

Tầng trung lưu bắt đầu ở độ cao 50 km và kéo dài tới 80-90 km. Nhiệt độ giảm theo độ cao với độ dốc thẳng đứng trung bình (0,25-0,3)°/100 m. Quá trình năng lượng chính là truyền nhiệt bức xạ. Các quá trình quang hóa phức tạp liên quan đến các gốc tự do, các phân tử bị kích thích rung động, v.v. gây ra hiện tượng phát quang trong khí quyển.

Mesopause

Lớp chuyển tiếp giữa tầng trung lưu và tầng nhiệt. Có sự phân bổ nhiệt độ theo chiều dọc tối thiểu (khoảng -90 ° C).

Tuyến Karman

Độ cao so với mực nước biển, thường được chấp nhận là ranh giới giữa bầu khí quyển và không gian của Trái đất. Theo định nghĩa của FAI, đường Karman nằm ở độ cao 100 km so với mực nước biển.

Ranh giới của bầu khí quyển Trái đất

Nhiệt quyển

Giới hạn trên là khoảng 800 km. Nhiệt độ tăng lên ở độ cao 200-300 km, nơi nó đạt tới giá trị khoảng 1500 K, sau đó nó gần như không đổi ở độ cao lớn. Dưới ảnh hưởng của bức xạ mặt trời cực tím và tia X và bức xạ vũ trụ, quá trình ion hóa không khí (“cực quang”) xảy ra - các vùng chính của tầng điện ly nằm bên trong tầng nhiệt điện. Ở độ cao trên 300 km, oxy nguyên tử chiếm ưu thế. Giới hạn trên của tầng nhiệt điện phần lớn được xác định bởi hoạt động hiện tại của Mặt trời. Trong thời gian hoạt động thấp - ví dụ, trong năm 2008-2009 - kích thước của lớp này giảm đáng kể.

tạm dừng nhiệt

Vùng khí quyển tiếp giáp với tầng nhiệt điện. Ở vùng này, sự hấp thụ bức xạ mặt trời là không đáng kể và nhiệt độ thực tế không thay đổi theo độ cao.

Tầng ngoài (quả cầu tán xạ)

Tầng ngoài là vùng phân tán, phần bên ngoài của tầng nhiệt quyển, nằm ở độ cao trên 700 km. Khí trong tầng ngoài rất hiếm và từ đây các hạt của nó rò rỉ vào không gian liên hành tinh (tiêu tan).

Ở độ cao 100 km, bầu khí quyển là một hỗn hợp khí đồng nhất, được trộn đều. Ở các lớp cao hơn, sự phân bố của các chất khí theo chiều cao phụ thuộc vào khối lượng phân tử của chúng; nồng độ các chất khí nặng hơn giảm nhanh hơn theo khoảng cách từ bề mặt Trái đất. Do mật độ khí giảm, nhiệt độ giảm từ 0 °C ở tầng bình lưu xuống -110 °C ở tầng trung lưu. Tuy nhiên, động năng của từng hạt ở độ cao 200-250 km tương ứng với nhiệt độ ~150 °C. Trên 200 km, người ta quan sát thấy sự dao động đáng kể về nhiệt độ và mật độ khí theo thời gian và không gian.

Ở độ cao khoảng 2000-3500 km, tầng ngoài dần dần biến thành cái gọi là chân không gần không gian, nơi chứa đầy các hạt khí liên hành tinh có độ tinh khiết cao, chủ yếu là các nguyên tử hydro. Nhưng loại khí này chỉ đại diện cho một phần của vật chất liên hành tinh. Phần còn lại bao gồm các hạt bụi có nguồn gốc từ sao chổi và thiên thạch. Ngoài các hạt bụi cực kỳ hiếm, bức xạ điện từ và hạt có nguồn gốc từ mặt trời và thiên hà cũng xâm nhập vào không gian này.

Tùy thuộc vào thành phần của khí trong khí quyển, tầng đồng nhất và tầng dị thể được phân biệt. Dị quyển là khu vực mà trọng lực ảnh hưởng đến sự phân tách khí, vì sự trộn lẫn của chúng ở độ cao như vậy là không đáng kể. Điều này ngụ ý một thành phần thay đổi của không gian khác nhau. Bên dưới nó là một phần hỗn hợp và đồng nhất của khí quyển được gọi là tầng đồng nhất. Ranh giới giữa các lớp này được gọi là turbopause; nó nằm ở độ cao khoảng 120 km.

Các tính chất khác của khí quyển và tác dụng đối với cơ thể con người

Ở độ cao 5 km so với mực nước biển, một người chưa được huấn luyện bắt đầu cảm thấy thiếu oxy và nếu không thích nghi, hiệu suất của một người sẽ giảm đáng kể. Vùng sinh lý của khí quyển kết thúc ở đây. Con người không thể thở ở độ cao 9 km, mặc dù ở độ cao khoảng 115 km bầu khí quyển có chứa oxy.

Phổi của con người liên tục chứa khoảng 3 lít không khí phế nang. Áp suất riêng phần của oxy trong không khí phế nang ở áp suất khí quyển bình thường là 110 mmHg. Nghệ thuật, áp suất carbon dioxide - 40 mm Hg. Nghệ thuật và hơi nước - 47 mm Hg. Nghệ thuật. Khi độ cao ngày càng tăng, áp suất oxy giảm xuống và tổng áp suất hơi của nước và carbon dioxide trong phổi gần như không đổi - khoảng 87 mm Hg. Nghệ thuật. Việc cung cấp oxy cho phổi sẽ hoàn toàn dừng lại khi áp suất không khí xung quanh bằng giá trị này.

Khi chúng ta lên đến độ cao hơn bao giờ hết so với bề mặt Trái đất, những hiện tượng quen thuộc như vậy được quan sát thấy ở các tầng thấp hơn của khí quyển như sự lan truyền âm thanh, sự xuất hiện của lực nâng và lực cản khí động học, truyền nhiệt bằng đối lưu, v.v., dần dần suy yếu và sau đó biến mất hoàn toàn.

Trong các lớp không khí loãng, âm thanh không thể truyền được. Ở độ cao 60-90 km, vẫn có thể sử dụng lực cản không khí và lực nâng để điều khiển chuyến bay khí động học. Nhưng bắt đầu từ độ cao 100-130 km, các khái niệm về số M và rào cản âm thanh quen thuộc với mọi phi công sẽ mất đi ý nghĩa: có đường Karman thông thường, ngoài ra khu vực bay đạn đạo thuần túy bắt đầu, chỉ có thể bắt đầu được điều khiển bằng lực phản kháng.

Ở độ cao trên 100 km, bầu khí quyển bị mất đi một đặc tính đáng chú ý khác - khả năng hấp thụ, dẫn và truyền năng lượng nhiệt bằng sự đối lưu (tức là bằng cách trộn không khí). Điều này có nghĩa là các bộ phận khác nhau của thiết bị trên trạm vũ trụ quỹ đạo sẽ không thể được làm mát từ bên ngoài theo cách thường được thực hiện trên máy bay - với sự hỗ trợ của máy bay phản lực và bộ tản nhiệt không khí. Ở độ cao này, cũng như trong không gian nói chung, cách duy nhất để truyền nhiệt là bức xạ nhiệt.

Lịch sử hình thành khí quyển

Theo lý thuyết phổ biến nhất, bầu khí quyển Trái đất có ba thành phần khác nhau theo thời gian. Ban đầu, nó bao gồm các loại khí nhẹ (hydro và heli) được thu giữ từ không gian liên hành tinh. Đây được gọi là bầu khí quyển sơ cấp (khoảng bốn tỷ năm trước). Ở giai đoạn tiếp theo, hoạt động núi lửa đang hoạt động dẫn đến sự bão hòa của bầu khí quyển với các loại khí khác ngoài hydro (carbon dioxide, amoniac, hơi nước). Đây là cách mà bầu khí quyển thứ cấp được hình thành (khoảng ba tỷ năm trước ngày nay). Bầu không khí này đã được phục hồi. Hơn nữa, quá trình hình thành khí quyển được xác định bởi các yếu tố sau:

rò rỉ khí nhẹ (hydro và heli) vào không gian liên hành tinh;
các phản ứng hóa học xảy ra trong khí quyển dưới tác dụng của bức xạ cực tím, phóng điện sét và một số yếu tố khác.

Dần dần, những yếu tố này dẫn đến sự hình thành bầu khí quyển cấp ba, đặc trưng bởi ít hydro hơn và nhiều nitơ và carbon dioxide hơn (được hình thành do các phản ứng hóa học từ amoniac và hydrocarbon).

Nitơ

Sự hình thành một lượng lớn nitơ N2 là do quá trình oxy hóa bầu khí quyển amoniac-hydro bởi oxy phân tử O2, bắt đầu đến từ bề mặt hành tinh do quá trình quang hợp, bắt đầu từ 3 tỷ năm trước. Nitơ N2 cũng được thải vào khí quyển do quá trình khử nitrat và các hợp chất chứa nitơ khác. Nitơ bị ôzôn oxy hóa thành NO ở tầng trên của khí quyển.

Nitơ N2 chỉ phản ứng trong những điều kiện cụ thể (ví dụ, khi phóng điện sét). Quá trình oxy hóa nitơ phân tử bằng ozone trong quá trình phóng điện được sử dụng với số lượng nhỏ trong sản xuất phân bón nitơ công nghiệp. Vi khuẩn lam (tảo xanh lam) và vi khuẩn nốt sần hình thành sự cộng sinh rhizobium với cây họ đậu, được gọi là, có thể oxy hóa nó với mức tiêu thụ năng lượng thấp và chuyển nó thành dạng hoạt động sinh học. phân xanh.

Ôxy

Thành phần của khí quyển bắt đầu thay đổi hoàn toàn với sự xuất hiện của các sinh vật sống trên Trái đất, là kết quả của quá trình quang hợp, kèm theo việc giải phóng oxy và hấp thụ carbon dioxide. Ban đầu, oxy được sử dụng để oxy hóa các hợp chất khử - amoniac, hydrocacbon, dạng sắt có trong đại dương, v.v. Vào cuối giai đoạn này, hàm lượng oxy trong khí quyển bắt đầu tăng lên. Dần dần, một bầu không khí hiện đại với đặc tính oxy hóa được hình thành. Vì điều này gây ra những thay đổi nghiêm trọng và đột ngột trong nhiều quá trình xảy ra trong khí quyển, thạch quyển và sinh quyển nên sự kiện này được gọi là Thảm họa oxy.

Trong thời kỳ Phanerozoic, thành phần khí quyển và hàm lượng oxy trải qua những thay đổi. Chúng tương quan chủ yếu với tốc độ lắng đọng trầm tích hữu cơ. Vì vậy, trong thời kỳ tích tụ than, hàm lượng oxy trong khí quyển rõ ràng đã vượt quá mức hiện đại một cách đáng kể.

Khí cacbonic

Hàm lượng CO2 trong khí quyển phụ thuộc vào hoạt động của núi lửa và các quá trình hóa học trong vỏ trái đất, nhưng trên hết - vào cường độ sinh tổng hợp và phân hủy chất hữu cơ trong sinh quyển của Trái đất. Hầu như toàn bộ sinh khối hiện tại của hành tinh (khoảng 2,4 1012 tấn) được hình thành do carbon dioxide, nitơ và hơi nước có trong không khí trong khí quyển. Các chất hữu cơ bị chôn vùi trong đại dương, đầm lầy và rừng biến thành than, dầu và khí tự nhiên.

Khí hiếm

Nguồn gốc của các khí hiếm - argon, helium và krypton - là các vụ phun trào núi lửa và sự phân rã của các nguyên tố phóng xạ. Trái đất nói chung và bầu khí quyển nói riêng đang cạn kiệt lượng khí trơ so với không gian. Người ta tin rằng nguyên nhân của điều này nằm ở sự rò rỉ khí liên tục vào không gian liên hành tinh.

ô nhiễm không khí

Gần đây, con người đã bắt đầu ảnh hưởng đến sự tiến hóa của khí quyển. Kết quả của các hoạt động của ông là hàm lượng carbon dioxide trong khí quyển tăng lên liên tục do quá trình đốt cháy nhiên liệu hydrocarbon tích lũy trong các thời đại địa chất trước đó. Một lượng lớn CO2 được tiêu thụ trong quá trình quang hợp và được các đại dương trên thế giới hấp thụ. Khí này đi vào khí quyển do sự phân hủy của đá cacbonat và các chất hữu cơ có nguồn gốc thực vật và động vật, cũng như do hoạt động núi lửa và hoạt động công nghiệp của con người. Trong 100 năm qua, hàm lượng CO2 trong khí quyển đã tăng 10%, với phần lớn (360 tỷ tấn) đến từ quá trình đốt cháy nhiên liệu. Nếu tốc độ đốt cháy nhiên liệu tiếp tục tăng thì trong 200-300 năm tới lượng CO2 trong khí quyển sẽ tăng gấp đôi và có thể dẫn đến biến đổi khí hậu toàn cầu.

Đốt cháy nhiên liệu là nguồn phát thải khí ô nhiễm chính (CO, NO, SO2). Sulphur dioxide bị oxy hóa bởi oxy trong khí quyển thành SO3 và oxit nitơ thành NO2 ở các tầng trên của khí quyển, sau đó tương tác với hơi nước và tạo ra axit sulfuric H2SO4 và axit nitric HNO3 rơi xuống bề mặt Trái đất trong hình thức của cái gọi là. mưa axit. Việc sử dụng động cơ đốt trong dẫn đến ô nhiễm khí quyển đáng kể với các oxit nitơ, hydrocacbon và các hợp chất chì (chì tetraethyl) Pb(CH3CH2)4.

Ô nhiễm khí dung trong khí quyển được gây ra bởi cả nguyên nhân tự nhiên (núi lửa phun trào, bão bụi, sự cuốn theo của những giọt nước biển và phấn hoa thực vật, v.v.) và các hoạt động kinh tế của con người (khai thác quặng và vật liệu xây dựng, đốt nhiên liệu, sản xuất xi măng, v.v.). ). Việc giải phóng các hạt vật chất dạng hạt vào khí quyển ở quy mô lớn là một trong những nguyên nhân có thể gây ra biến đổi khí hậu trên hành tinh.

(Đã truy cập 156 lần, 1 lượt truy cập hôm nay)

Ở mực nước biển 1013,25 hPa (khoảng 760 mmHg). Nhiệt độ không khí trung bình toàn cầu trên bề mặt Trái đất là 15°C, với nhiệt độ thay đổi từ khoảng 57°C ở các sa mạc cận nhiệt đới đến -89°C ở Nam Cực. Mật độ không khí và áp suất giảm theo độ cao theo một định luật gần với hàm số mũ.

Cấu trúc của khí quyển. Theo chiều dọc, bầu khí quyển có cấu trúc phân lớp, được xác định chủ yếu bởi các đặc điểm phân bố nhiệt độ theo chiều dọc (hình), phụ thuộc vào vị trí địa lý, mùa, thời gian trong ngày, v.v. Tầng dưới của khí quyển - tầng đối lưu - được đặc trưng bởi sự giảm nhiệt độ theo độ cao (khoảng 6°C trên 1 km), độ cao từ 8-10 km ở vĩ độ cực đến 16-18 km ở vùng nhiệt đới. Do mật độ không khí giảm nhanh theo độ cao nên khoảng 80% tổng khối lượng của khí quyển nằm ở tầng đối lưu. Phía trên tầng đối lưu là tầng bình lưu, một lớp thường được đặc trưng bởi sự tăng nhiệt độ theo chiều cao. Lớp chuyển tiếp giữa tầng đối lưu và tầng bình lưu được gọi là tầng đối lưu. Ở tầng bình lưu thấp hơn, ở độ cao khoảng 20 km, nhiệt độ thay đổi rất ít theo độ cao (gọi là vùng đẳng nhiệt) và thậm chí thường giảm nhẹ. Trên mức đó, nhiệt độ tăng lên do tầng ozone hấp thụ bức xạ UV từ Mặt trời, lúc đầu chậm và nhanh hơn ở mức 34-36 km. Ranh giới trên của tầng bình lưu - tầng bình lưu - nằm ở độ cao 50-55 km, tương ứng với nhiệt độ tối đa (260-270 K). Lớp khí quyển nằm ở độ cao 55-85 km, nơi nhiệt độ lại giảm theo độ cao, được gọi là tầng trung lưu; ở ranh giới trên của nó - tầng trung lưu - nhiệt độ đạt tới 150-160 K vào mùa hè và 200-230 K vào mùa đông. Phía trên tầng trung lưu, tầng nhiệt bắt đầu - một lớp được đặc trưng bởi nhiệt độ tăng nhanh, đạt 800-1200 K ở độ cao 250 km, bức xạ hạt và tia X từ Mặt trời được hấp thụ, các thiên thạch bị làm chậm lại và bị đốt cháy nên có tác dụng như một lớp bảo vệ Trái Đất. Cao hơn nữa là tầng ngoài, từ đó các khí trong khí quyển bị phân tán ra không gian bên ngoài do sự tiêu tán và là nơi xảy ra sự chuyển đổi dần dần từ khí quyển sang không gian liên hành tinh.

Thành phần khí quyển. Ở độ cao khoảng 100 km, bầu khí quyển gần như đồng nhất về thành phần hóa học và trọng lượng phân tử trung bình của không khí (khoảng 29) là không đổi. Gần bề mặt Trái đất, bầu khí quyển bao gồm nitơ (khoảng 78,1% thể tích) và oxy (khoảng 20,9%), đồng thời cũng chứa một lượng nhỏ argon, carbon dioxide (carbon dioxide), neon và các thành phần thường xuyên và biến đổi khác (xem Không khí). ).

Ngoài ra, bầu khí quyển còn chứa một lượng nhỏ ozone, oxit nitơ, amoniac, radon, v.v. Hàm lượng tương đối của các thành phần chính của không khí là không đổi theo thời gian và thống nhất ở các khu vực địa lý khác nhau. Hàm lượng hơi nước và ozon thay đổi theo không gian và thời gian; Mặc dù có hàm lượng thấp nhưng vai trò của chúng trong các quá trình khí quyển là rất quan trọng.

Trên 100-110 km xảy ra sự phân ly của các phân tử oxy, carbon dioxide và hơi nước nên khối lượng phân tử của không khí giảm. Ở độ cao khoảng 1000 km, các khí nhẹ - heli và hydro - bắt đầu chiếm ưu thế, và thậm chí cao hơn nữa bầu khí quyển của Trái đất dần biến thành khí liên hành tinh.

Thành phần biến đổi quan trọng nhất của khí quyển là hơi nước, đi vào khí quyển thông qua sự bốc hơi từ bề mặt nước và đất ẩm, cũng như qua sự thoát hơi nước của thực vật. Hàm lượng tương đối của hơi nước thay đổi trên bề mặt trái đất từ 2,6% ở vùng nhiệt đới đến 0,2% ở các vĩ độ cực. Nó rơi nhanh theo độ cao, giảm một nửa ở độ cao 1,5-2 km. Cột thẳng đứng của khí quyển ở vĩ độ ôn đới chứa khoảng 1,7 cm “lớp nước kết tủa”. Khi hơi nước ngưng tụ, các đám mây hình thành, từ đó lượng mưa trong khí quyển rơi xuống dưới dạng mưa, mưa đá và tuyết.

Một thành phần quan trọng của không khí trong khí quyển là ozon, tập trung 90% ở tầng bình lưu (từ 10 đến 50 km), khoảng 10% trong số đó ở tầng đối lưu. Ozone cung cấp khả năng hấp thụ bức xạ UV cứng (có bước sóng dưới 290nm) và đây là vai trò bảo vệ của nó đối với sinh quyển. Các giá trị của tổng hàm lượng ozone thay đổi tùy theo vĩ độ và mùa trong khoảng từ 0,22 đến 0,45 cm (độ dày của tầng ozone ở áp suất p = 1 atm và nhiệt độ T = 0°C). Trong các lỗ thủng tầng ozone được quan sát vào mùa xuân ở Nam Cực kể từ đầu những năm 1980, hàm lượng ozone có thể giảm xuống 0,07 cm. Nó tăng dần từ xích đạo đến các cực và có chu kỳ hàng năm với cực đại vào mùa xuân và cực tiểu vào mùa thu và biên độ là . chu kỳ hàng năm nhỏ ở vùng nhiệt đới và phát triển về phía vĩ độ cao. Một thành phần biến đổi đáng kể của khí quyển là carbon dioxide, hàm lượng của nó trong khí quyển đã tăng 35% trong 200 năm qua, nguyên nhân chủ yếu là do yếu tố nhân tạo. Người ta quan sát thấy sự biến đổi theo vĩ độ và theo mùa của nó, liên quan đến quá trình quang hợp và độ hòa tan của thực vật trong nước biển (theo định luật Henry, độ hòa tan của khí trong nước giảm khi nhiệt độ tăng).

Một vai trò quan trọng trong việc hình thành khí hậu hành tinh là do sol khí trong khí quyển - các hạt rắn và lỏng lơ lửng trong không khí có kích thước từ vài nm đến hàng chục micron. Có những bình xịt có nguồn gốc tự nhiên và nhân tạo. Khí dung được hình thành trong quá trình phản ứng pha khí từ các sản phẩm của đời sống thực vật và hoạt động kinh tế của con người, các vụ phun trào núi lửa, do bụi bốc lên từ gió từ bề mặt hành tinh, đặc biệt là từ các vùng sa mạc của nó, và cũng được hình thành từ bụi vũ trụ rơi vào các tầng trên của khí quyển. Hầu hết sol khí tập trung ở tầng đối lưu; sol khí từ các vụ phun trào núi lửa tạo thành cái gọi là lớp Junge ở độ cao khoảng 20 km. Lượng sol khí do con người tạo ra lớn nhất xâm nhập vào khí quyển do hoạt động của các phương tiện giao thông và nhà máy nhiệt điện, sản xuất hóa chất, đốt cháy nhiên liệu, v.v. Do đó, ở một số khu vực, thành phần của khí quyển khác biệt rõ rệt so với không khí thông thường, điều này đòi hỏi phải có tạo ra một dịch vụ đặc biệt để quan sát và theo dõi mức độ ô nhiễm không khí trong khí quyển.

Sự phát triển của khí quyển. Bầu khí quyển hiện đại rõ ràng có nguồn gốc thứ cấp: nó được hình thành từ các khí thoát ra từ lớp vỏ rắn của Trái đất sau khi quá trình hình thành hành tinh hoàn tất khoảng 4,5 tỷ năm trước. Trong lịch sử địa chất của Trái đất, bầu khí quyển đã trải qua những thay đổi đáng kể về thành phần của nó dưới tác động của một số yếu tố: sự phân tán (bay hơi) các chất khí, chủ yếu là các chất nhẹ hơn, vào không gian vũ trụ; giải phóng khí từ thạch quyển do hoạt động của núi lửa; phản ứng hóa học giữa các thành phần của khí quyển và đá tạo nên vỏ trái đất; phản ứng quang hóa trong khí quyển dưới tác dụng của bức xạ tia cực tím mặt trời; sự bồi tụ (bắt giữ) vật chất từ môi trường liên hành tinh (ví dụ, vật chất thiên thạch). Sự phát triển của khí quyển có liên quan chặt chẽ đến các quá trình địa chất và địa hóa, và trong 3-4 tỷ năm qua cũng liên quan đến hoạt động của sinh quyển. Một phần đáng kể các khí tạo nên bầu khí quyển hiện đại (nitơ, carbon dioxide, hơi nước) phát sinh trong quá trình hoạt động và xâm nhập của núi lửa, mang chúng từ sâu trong Trái đất. Oxy xuất hiện với số lượng đáng kể khoảng 2 tỷ năm trước là kết quả của các sinh vật quang hợp ban đầu xuất hiện ở vùng nước bề mặt của đại dương.

Dựa trên dữ liệu về thành phần hóa học của trầm tích cacbonat, người ta đã ước tính được lượng carbon dioxide và oxy trong khí quyển trong quá khứ địa chất. Trong suốt thời kỳ Phanerozoic (570 triệu năm cuối cùng của lịch sử Trái đất), lượng carbon dioxide trong khí quyển rất khác nhau tùy thuộc vào mức độ hoạt động của núi lửa, nhiệt độ đại dương và tốc độ quang hợp. Trong phần lớn thời gian này, nồng độ carbon dioxide trong khí quyển cao hơn đáng kể so với ngày nay (lên tới 10 lần). Lượng oxy trong khí quyển Phanerozoi thay đổi đáng kể, với xu hướng chủ yếu là tăng lên. Trong bầu khí quyển Tiền Cambri, theo quy luật, khối lượng carbon dioxide lớn hơn và khối lượng oxy nhỏ hơn so với bầu khí quyển Phanerozoic. Sự biến động về lượng carbon dioxide đã có tác động đáng kể đến khí hậu trong quá khứ, làm tăng hiệu ứng nhà kính với nồng độ carbon dioxide ngày càng tăng, khiến khí hậu trên toàn bộ phần chính của Phanerozoic ấm hơn nhiều so với thời kỳ hiện đại.

Khí quyển và cuộc sống. Nếu không có bầu khí quyển, Trái đất sẽ là một hành tinh chết. Sự sống hữu cơ xảy ra trong sự tương tác chặt chẽ với khí quyển và khí hậu, thời tiết liên quan. Khối lượng không đáng kể so với toàn bộ hành tinh (khoảng một phần triệu), bầu khí quyển là điều kiện không thể thiếu cho mọi dạng sống. Các loại khí trong khí quyển quan trọng nhất đối với sự sống của sinh vật là oxy, nitơ, hơi nước, carbon dioxide và ozone. Khi carbon dioxide được thực vật quang hợp hấp thụ, chất hữu cơ được tạo ra, chất này được đại đa số sinh vật sống, bao gồm cả con người, sử dụng làm nguồn năng lượng. Oxy cần thiết cho sự tồn tại của các sinh vật hiếu khí, trong đó dòng năng lượng được cung cấp bởi các phản ứng oxy hóa chất hữu cơ. Nitơ, được đồng hóa bởi một số vi sinh vật (chất cố định đạm), cần thiết cho dinh dưỡng khoáng của cây trồng. Ozone, có tác dụng hấp thụ bức xạ tia cực tím cứng từ Mặt trời, làm suy yếu đáng kể phần bức xạ mặt trời có hại cho sự sống này. Sự ngưng tụ hơi nước trong khí quyển, sự hình thành của các đám mây và lượng mưa tiếp theo cung cấp nước cho đất liền, nếu không có nó thì không có dạng sống nào tồn tại được. Hoạt động sống còn của các sinh vật trong thủy quyển phần lớn được quyết định bởi lượng và thành phần hóa học của các khí trong khí quyển hòa tan trong nước. Do thành phần hóa học của khí quyển phụ thuộc đáng kể vào hoạt động của sinh vật, nên sinh quyển và khí quyển có thể được coi là một phần của một hệ thống duy nhất, việc duy trì và phát triển chúng (xem các chu trình sinh địa hóa) có tầm quan trọng lớn trong việc thay đổi thành phần của thế giới. bầu khí quyển trong suốt lịch sử của Trái đất với tư cách là một hành tinh.

Cân bằng bức xạ, nhiệt và nước của khí quyển. Bức xạ mặt trời thực tế là nguồn năng lượng duy nhất cho tất cả các quá trình vật lý trong khí quyển. Đặc điểm chính của chế độ bức xạ của khí quyển là cái gọi là hiệu ứng nhà kính: khí quyển truyền bức xạ mặt trời đến bề mặt trái đất khá tốt, nhưng hấp thụ tích cực bức xạ nhiệt sóng dài từ bề mặt trái đất, một phần trong đó quay trở lại bề mặt. dưới dạng bức xạ ngược, bù đắp cho sự mất nhiệt bức xạ từ bề mặt trái đất (xem Bức xạ khí quyển). Khi không có bầu khí quyển, nhiệt độ trung bình của bề mặt trái đất sẽ là -18°C, nhưng thực tế là 15°C. Bức xạ mặt trời tới được hấp thụ một phần (khoảng 20%) vào khí quyển (chủ yếu bằng hơi nước, giọt nước, carbon dioxide, ozone và sol khí), và cũng bị phân tán (khoảng 7%) bởi các hạt sol khí và dao động mật độ (tán xạ Rayleigh) . Tổng bức xạ tới bề mặt trái đất bị phản xạ một phần (khoảng 23%) từ nó. Hệ số phản xạ được xác định bởi hệ số phản xạ của bề mặt bên dưới, gọi là suất phản chiếu. Trung bình, suất phản chiếu của Trái đất đối với dòng bức xạ mặt trời tích hợp là gần 30%. Nó thay đổi từ vài phần trăm (đất khô và đất đen) đến 70-90% đối với tuyết mới rơi. Sự trao đổi nhiệt bức xạ giữa bề mặt trái đất và khí quyển phụ thuộc đáng kể vào suất phản chiếu và được xác định bởi bức xạ hiệu dụng của bề mặt trái đất và bức xạ ngược của khí quyển được nó hấp thụ. Tổng đại số của các dòng bức xạ đi vào bầu khí quyển trái đất từ không gian bên ngoài và thoát ra ngoài được gọi là cân bằng bức xạ.

Sự biến đổi của bức xạ mặt trời sau khi được khí quyển và bề mặt trái đất hấp thụ sẽ quyết định sự cân bằng nhiệt của Trái đất với tư cách là một hành tinh. Nguồn nhiệt chính cho khí quyển là bề mặt trái đất; nhiệt từ nó được truyền không chỉ dưới dạng bức xạ sóng dài mà còn bằng đối lưu, và cũng được giải phóng trong quá trình ngưng tụ hơi nước. Tỷ trọng của các dòng nhiệt này trung bình lần lượt là 20%, 7% và 23%. Khoảng 20% nhiệt lượng cũng được thêm vào đây do sự hấp thụ bức xạ mặt trời trực tiếp. Dòng bức xạ mặt trời trong một đơn vị thời gian qua một diện tích vuông góc với tia nắng mặt trời và nằm ngoài khí quyển ở khoảng cách trung bình từ Trái đất đến Mặt trời (gọi là hằng số mặt trời) bằng 1367 W/m2, độ biến thiên là 1-2 W/m2 tùy theo chu kỳ hoạt động của mặt trời. Với suất phản chiếu hành tinh khoảng 30%, dòng năng lượng mặt trời trung bình toàn cầu truyền tới hành tinh này là 239 W/m2. Vì Trái đất với tư cách là một hành tinh trung bình phát ra cùng một lượng năng lượng vào không gian, nên theo định luật Stefan-Boltzmann, nhiệt độ hiệu dụng của bức xạ nhiệt sóng dài phát ra là 255 K (-18 ° C). Đồng thời, nhiệt độ trung bình của bề mặt trái đất là 15°C. Sự chênh lệch 33°C là do hiệu ứng nhà kính.

Sự cân bằng nước của khí quyển nói chung tương ứng với sự cân bằng giữa lượng hơi ẩm bốc hơi từ bề mặt Trái đất và lượng mưa rơi trên bề mặt Trái đất. Bầu khí quyển trên các đại dương nhận được nhiều độ ẩm từ quá trình bốc hơi hơn so với trên đất liền và mất 90% dưới dạng mưa. Hơi nước dư thừa trên các đại dương được vận chuyển đến các lục địa bằng dòng không khí. Lượng hơi nước vận chuyển vào khí quyển từ đại dương vào lục địa bằng thể tích của các con sông chảy vào đại dương.

Chuyển động không khí. Trái đất có hình cầu nên bức xạ mặt trời đạt đến vĩ độ cao ít hơn nhiều so với vùng nhiệt đới. Kết quả là, sự tương phản nhiệt độ lớn phát sinh giữa các vĩ độ. Sự phân bố nhiệt độ cũng bị ảnh hưởng đáng kể bởi vị trí tương đối của đại dương và lục địa. Do khối lượng lớn nước biển và khả năng tỏa nhiệt cao của nước, nên sự biến động theo mùa của nhiệt độ bề mặt đại dương ít hơn nhiều so với trên đất liền. Về vấn đề này, ở vĩ độ trung bình và cao, nhiệt độ không khí trên các đại dương vào mùa hè thấp hơn đáng kể so với trên các lục địa và cao hơn vào mùa đông.

Sự nóng lên không đồng đều của khí quyển ở các khu vực khác nhau trên thế giới gây ra sự phân bố áp suất khí quyển không đồng nhất về mặt không gian. Ở mực nước biển, sự phân bố áp suất được đặc trưng bởi các giá trị tương đối thấp gần xích đạo, tăng ở vùng cận nhiệt đới (đai áp suất cao) và giảm ở vĩ độ trung bình và cao. Đồng thời, trên các lục địa có vĩ độ ngoài nhiệt đới, áp suất thường tăng vào mùa đông và giảm vào mùa hè, điều này có liên quan đến sự phân bố nhiệt độ. Dưới ảnh hưởng của gradient áp suất, không khí chịu gia tốc hướng từ vùng có áp suất cao đến vùng có áp suất thấp, dẫn đến sự chuyển động của các khối không khí. Các khối không khí chuyển động cũng bị ảnh hưởng bởi lực làm lệch hướng quay của Trái đất (lực Coriolis), lực ma sát giảm theo độ cao và lực ly tâm đối với quỹ đạo cong. Sự trộn lẫn hỗn loạn của không khí có tầm quan trọng lớn (xem Sự hỗn loạn trong khí quyển).

Một hệ thống phức tạp của các dòng không khí (hoàn lưu khí quyển chung) có liên quan đến sự phân bố áp suất hành tinh. Trong mặt phẳng kinh tuyến, trung bình có thể tìm thấy hai hoặc ba tế bào tuần hoàn kinh tuyến. Gần xích đạo, không khí nóng lên xuống ở vùng cận nhiệt đới, tạo thành tế bào Hadley. Không khí của tế bào Ferrell ngược cũng đi xuống đó. Ở vĩ độ cao, thường có thể nhìn thấy một tế bào cực thẳng. Vận tốc hoàn lưu kinh tuyến vào khoảng 1 m/s hoặc nhỏ hơn. Do lực Coriolis, gió tây được quan sát thấy ở hầu hết bầu khí quyển với tốc độ ở giữa tầng đối lưu khoảng 15 m/s. Có hệ thống gió tương đối ổn định. Chúng bao gồm gió mậu dịch - gió thổi từ các vành đai áp suất cao ở vùng cận nhiệt đới đến xích đạo với thành phần phía đông đáng chú ý (từ đông sang tây). Gió mùa khá ổn định - các dòng không khí có tính chất theo mùa được xác định rõ ràng: chúng thổi từ đại dương vào đất liền vào mùa hè và theo hướng ngược lại vào mùa đông. Gió mùa Ấn Độ Dương đặc biệt thường xuyên. Ở các vĩ độ trung bình, sự di chuyển của các khối không khí chủ yếu theo hướng Tây (từ Tây sang Đông). Đây là một vùng có mặt trận khí quyển nơi phát sinh các xoáy lớn - lốc xoáy và xoáy nghịch, bao phủ hàng trăm, thậm chí hàng nghìn km. Lốc xoáy cũng xảy ra ở vùng nhiệt đới; ở đây chúng được phân biệt bởi kích thước nhỏ hơn nhưng tốc độ gió rất cao, đạt tới sức mạnh bão cuồng phong (33 m/s trở lên), được gọi là xoáy thuận nhiệt đới. Ở Đại Tây Dương và phía đông Thái Bình Dương chúng được gọi là bão, và ở phía tây Thái Bình Dương chúng được gọi là bão. Ở tầng đối lưu trên và tầng bình lưu dưới, tại các khu vực ngăn cách hoàn lưu kinh tuyến Hadley trực tiếp và tế bào Ferrell ngược, tương đối hẹp, rộng hàng trăm km, thường quan sát thấy các luồng tia có ranh giới rõ ràng, trong đó gió đạt tới 100-150 và thậm chí 200 m/Với.

Khí hậu và thời tiết. Sự khác biệt về lượng bức xạ mặt trời đến các vĩ độ khác nhau trên bề mặt trái đất, khác nhau về tính chất vật lý, quyết định sự đa dạng của khí hậu Trái đất. Từ xích đạo đến vĩ độ nhiệt đới, nhiệt độ không khí trên bề mặt trái đất trung bình là 25-30°C và thay đổi rất ít trong suốt cả năm. Ở vành đai xích đạo thường có nhiều mưa, tạo ra điều kiện dư thừa độ ẩm ở đó. Ở các vùng nhiệt đới, lượng mưa giảm và ở một số vùng trở nên rất thấp. Đây là những sa mạc rộng lớn của Trái đất.

Ở các vĩ độ cận nhiệt đới và trung bình, nhiệt độ không khí thay đổi đáng kể trong suốt cả năm và sự chênh lệch giữa nhiệt độ mùa hè và mùa đông đặc biệt lớn ở các khu vực lục địa xa đại dương. Do đó, ở một số khu vực ở Đông Siberia, nhiệt độ không khí hàng năm lên tới 65°C. Điều kiện tạo ẩm ở các vĩ độ này rất đa dạng, phụ thuộc chủ yếu vào chế độ hoàn lưu khí quyển chung và thay đổi đáng kể theo từng năm.

Ở các vĩ độ cực, nhiệt độ vẫn thấp trong suốt cả năm, ngay cả khi có sự thay đổi theo mùa đáng chú ý. Điều này góp phần vào sự phân bố rộng rãi của lớp băng bao phủ trên các đại dương, đất liền và lớp băng vĩnh cửu, chiếm hơn 65% diện tích ở Nga, chủ yếu ở Siberia.

Trong những thập kỷ qua, những thay đổi về khí hậu toàn cầu ngày càng trở nên đáng chú ý. Nhiệt độ tăng ở vĩ độ cao nhiều hơn ở vĩ độ thấp; nhiều hơn vào mùa đông hơn vào mùa hè; vào ban đêm nhiều hơn ban ngày. Trong thế kỷ 20, nhiệt độ không khí trung bình hàng năm trên bề mặt trái đất ở Nga đã tăng 1,5-2°C, và ở một số khu vực ở Siberia, người ta đã quan sát thấy mức tăng vài độ. Điều này có liên quan đến sự gia tăng hiệu ứng nhà kính do sự gia tăng nồng độ các khí vi lượng.

Thời tiết được xác định bởi các điều kiện hoàn lưu khí quyển và vị trí địa lý của khu vực; ổn định nhất ở vùng nhiệt đới và biến đổi nhiều nhất ở vĩ độ trung bình và cao. Thời tiết thay đổi hầu hết ở các vùng có khối lượng không khí thay đổi do sự di chuyển của các mặt trận khí quyển, lốc xoáy và xoáy nghịch mang theo lượng mưa và gió tăng lên. Dữ liệu dự báo thời tiết được thu thập tại các trạm thời tiết trên mặt đất, tàu, máy bay và từ vệ tinh khí tượng. Xem thêm Khí tượng học.

Hiện tượng quang, âm và điện trong khí quyển. Khi bức xạ điện từ lan truyền trong khí quyển, do sự khúc xạ, hấp thụ và tán xạ ánh sáng của không khí và các hạt khác nhau (khí dung, tinh thể băng, giọt nước), các hiện tượng quang học khác nhau sẽ phát sinh: cầu vồng, vương miện, quầng sáng, ảo ảnh, v.v. sự tán xạ ánh sáng quyết định độ cao biểu kiến của vòm trời và màu xanh của bầu trời. Phạm vi tầm nhìn của các vật thể được xác định bởi các điều kiện truyền ánh sáng trong khí quyển (xem Tầm nhìn của khí quyển). Độ trong suốt của khí quyển ở các bước sóng khác nhau quyết định phạm vi liên lạc và khả năng phát hiện vật thể bằng các thiết bị, bao gồm cả khả năng quan sát thiên văn từ bề mặt Trái đất. Đối với các nghiên cứu về tính không đồng nhất quang học của tầng bình lưu và tầng trung lưu, hiện tượng chạng vạng đóng một vai trò quan trọng. Ví dụ, chụp ảnh hoàng hôn từ tàu vũ trụ giúp phát hiện các lớp khí dung. Đặc điểm lan truyền bức xạ điện từ trong khí quyển quyết định độ chính xác của các phương pháp viễn thám các thông số của nó. Tất cả những câu hỏi này, cũng như nhiều câu hỏi khác, đều được nghiên cứu bằng quang học khí quyển. Sự khúc xạ và tán xạ của sóng vô tuyến xác định khả năng thu sóng vô tuyến (xem Sự lan truyền của sóng vô tuyến).

Sự lan truyền âm thanh trong khí quyển phụ thuộc vào sự phân bố không gian của nhiệt độ và tốc độ gió (xem Âm học khí quyển). Đó là mối quan tâm cho cảm biến khí quyển bằng phương pháp từ xa. Các vụ nổ do tên lửa phóng vào tầng khí quyển phía trên đã cung cấp thông tin phong phú về các hệ thống gió và sự biến đổi nhiệt độ trong tầng bình lưu và tầng trung lưu. Trong bầu không khí phân tầng ổn định, khi nhiệt độ giảm theo độ cao chậm hơn độ dốc đoạn nhiệt (9,8 K/km), cái gọi là sóng bên trong phát sinh. Những sóng này có thể truyền lên tầng bình lưu và thậm chí vào tầng trung lưu, nơi chúng suy giảm, góp phần làm tăng gió và nhiễu loạn.

Điện tích âm của Trái đất và điện trường sinh ra, khí quyển, cùng với tầng điện ly và từ quyển tích điện, tạo ra một mạch điện toàn cầu. Sự hình thành mây và điện giông đóng vai trò quan trọng trong việc này. Sự nguy hiểm của việc phóng điện do sét đòi hỏi phải phát triển các phương pháp chống sét cho các tòa nhà, công trình, đường dây điện và thông tin liên lạc. Hiện tượng này gây nguy hiểm đặc biệt cho ngành hàng không. Sự phóng điện của sét gây nhiễu sóng vô tuyến trong khí quyển, được gọi là khí quyển (xem Khí quyển có tiếng huýt sáo). Trong quá trình cường độ điện trường tăng mạnh, người ta quan sát thấy sự phóng điện phát sáng xuất hiện ở đầu và góc nhọn của các vật thể nhô ra trên bề mặt trái đất, trên các đỉnh núi riêng lẻ, v.v. (đèn Elma). Bầu khí quyển luôn chứa một lượng ion nặng và nhẹ khác nhau, tùy thuộc vào các điều kiện cụ thể, chúng quyết định độ dẫn điện của khí quyển. Các chất ion hóa chính của không khí gần bề mặt trái đất là bức xạ từ các chất phóng xạ có trong lớp vỏ và bầu khí quyển của trái đất, cũng như các tia vũ trụ. Xem thêm Điện khí quyển.

Tác động của con người tới khí quyển. Trong nhiều thế kỷ qua, nồng độ khí nhà kính trong khí quyển ngày càng gia tăng do các hoạt động kinh tế của con người. Tỷ lệ carbon dioxide tăng từ 2,8-10 2 hai trăm năm trước lên 3,8-10 2 vào năm 2005, hàm lượng khí mê-tan - từ 0,7-10 1 khoảng 300-400 năm trước lên 1,8-10 -4 vào đầu thế kỷ 21 thế kỷ; khoảng 20% sự gia tăng hiệu ứng nhà kính trong thế kỷ qua là do freon, chất này thực tế không có trong khí quyển cho đến giữa thế kỷ 20. Những chất này được công nhận là chất làm suy giảm tầng ozone ở tầng bình lưu và việc sản xuất chúng bị cấm theo Nghị định thư Montreal năm 1987. Sự gia tăng nồng độ carbon dioxide trong khí quyển là do việc đốt cháy lượng than, dầu, khí đốt và các loại nhiên liệu carbon khác ngày càng tăng, cũng như việc chặt phá rừng, dẫn đến giảm khả năng hấp thụ. carbon dioxide thông qua quá trình quang hợp. Nồng độ khí mêtan tăng lên cùng với sự gia tăng sản xuất dầu khí (do tổn thất của nó), cũng như với việc mở rộng trồng lúa và tăng số lượng gia súc. Tất cả điều này góp phần làm khí hậu nóng lên.

Để thay đổi thời tiết, các phương pháp đã được phát triển để tác động tích cực đến các quá trình khí quyển. Chúng được sử dụng để bảo vệ cây nông nghiệp khỏi mưa đá bằng cách phân tán thuốc thử đặc biệt trong các đám mây giông. Ngoài ra còn có các phương pháp phân tán sương mù tại sân bay, bảo vệ thực vật khỏi sương giá, tác động đến các đám mây để tăng lượng mưa ở những khu vực mong muốn hoặc phân tán mây trong các sự kiện công cộng.

Nghiên cứu khí quyển. Thông tin về các quá trình vật lý trong khí quyển thu được chủ yếu từ các quan trắc khí tượng, được thực hiện bởi mạng lưới toàn cầu gồm các trạm và trạm khí tượng hoạt động thường xuyên trên tất cả các châu lục và trên nhiều hòn đảo. Các quan sát hàng ngày cung cấp thông tin về nhiệt độ và độ ẩm không khí, áp suất và lượng mưa khí quyển, mây, gió, v.v. Việc quan sát bức xạ mặt trời và các biến đổi của nó được thực hiện tại các trạm đo độ nhạy. Tầm quan trọng lớn đối với việc nghiên cứu khí quyển là mạng lưới các trạm hàng không, tại đó các phép đo khí tượng được thực hiện ở độ cao 30-35 km bằng máy dò vô tuyến. Tại một số trạm, việc quan sát ozon trong khí quyển, các hiện tượng điện trong khí quyển và thành phần hóa học của không khí được thực hiện.

Dữ liệu từ các trạm mặt đất được bổ sung bằng các quan sát trên đại dương, nơi “tàu thời tiết” hoạt động, thường xuyên nằm ở một số khu vực nhất định của Đại dương Thế giới, cũng như thông tin khí tượng nhận được từ nghiên cứu và các tàu khác.

Trong những thập kỷ gần đây, ngày càng có nhiều thông tin về khí quyển được thu thập bằng cách sử dụng các vệ tinh khí tượng, mang theo các dụng cụ chụp ảnh các đám mây và đo các luồng bức xạ cực tím, hồng ngoại và vi sóng từ Mặt trời. Vệ tinh có thể thu được thông tin về các đặc điểm theo chiều dọc của nhiệt độ, độ mây và nguồn cung cấp nước, các yếu tố cân bằng bức xạ của khí quyển, nhiệt độ bề mặt đại dương, v.v. Sử dụng các phép đo khúc xạ tín hiệu vô tuyến từ hệ thống vệ tinh dẫn đường, nó có thể xác định các cấu hình thẳng đứng về mật độ, áp suất và nhiệt độ, cũng như độ ẩm trong khí quyển. Với sự trợ giúp của các vệ tinh, người ta có thể làm rõ giá trị của hằng số mặt trời và suất phản chiếu hành tinh của Trái đất, xây dựng bản đồ cân bằng bức xạ của hệ thống khí quyển-Trái đất, đo hàm lượng và sự biến đổi của các chất ô nhiễm nhỏ trong khí quyển và giải quyết nhiều vấn đề khác của vật lý khí quyển và giám sát môi trường.

Lit.: Budyko M.I. Khí hậu trong quá khứ và tương lai. L., 1980; Matveev L. T. Khóa học về khí tượng học đại cương. Vật lý khí quyển. tái bản lần thứ 2. L., 1984; Budyko M.I., Ronov A.B., Yanshin A.L. Lịch sử khí quyển. L., 1985; Khrgian A. Kh. Vật lý khí quyển. M., 1986; Không khí: Thư mục. L., 1991; Khromov S.P., Petrosyants M.A. Khí tượng và khí hậu. tái bản lần thứ 5. M., 2001.

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

Thế giới xung quanh chúng ta được hình thành từ ba phần rất khác nhau: đất, nước và không khí. Mỗi người trong số họ đều độc đáo và thú vị theo cách riêng của nó. Bây giờ chúng ta sẽ chỉ nói về cái cuối cùng trong số họ. Khí quyển là gì? Nó diễn ra như thế nào? Nó bao gồm những gì và được chia thành những phần nào? Tất cả những câu hỏi này đều vô cùng thú vị.

Bản thân cái tên “bầu không khí” được hình thành từ hai từ có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp, được dịch sang tiếng Nga, chúng có nghĩa là “hơi nước” và “quả bóng”. Và nếu bạn nhìn vào định nghĩa chính xác, bạn có thể đọc được đoạn sau: "Khí quyển là lớp vỏ không khí của hành tinh Trái đất, lao theo nó ra ngoài vũ trụ." Nó phát triển song song với các quá trình địa chất, địa hóa diễn ra trên hành tinh. Và ngày nay tất cả các quá trình xảy ra trong cơ thể sống đều phụ thuộc vào nó. Nếu không có bầu khí quyển, hành tinh này sẽ trở thành sa mạc không có sự sống, giống như Mặt trăng.

Nó bao gồm những gì?

Câu hỏi bầu không khí là gì và những yếu tố nào có trong nó đã được mọi người quan tâm từ lâu. Các thành phần chính của lớp vỏ này đã được biết đến vào năm 1774. Chúng được lắp đặt bởi Antoine Lavoisier. Ông phát hiện ra rằng thành phần của khí quyển chủ yếu bao gồm nitơ và oxy. Theo thời gian, các thành phần của nó đã được tinh chế. Và bây giờ người ta biết rằng nó chứa nhiều loại khí khác, cũng như nước và bụi.

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn những gì tạo nên bầu khí quyển gần bề mặt của Trái đất. Khí phổ biến nhất là nitơ. Nó chứa hơn 78 phần trăm một chút. Tuy nhiên, mặc dù có lượng lớn như vậy nhưng nitơ thực tế không hoạt động trong không khí.

Yếu tố tiếp theo về số lượng và rất quan trọng là oxy. Khí này chứa gần 21% và có hoạt tính rất cao. Chức năng cụ thể của nó là oxy hóa các chất hữu cơ chết, bị phân hủy do phản ứng này.

Khí thấp nhưng quan trọng

Khí thứ ba là một phần của khí quyển là argon. Đó là ít hơn một phần trăm. Sau đó là carbon dioxide với neon, helium với metan, krypton với hydro, xenon, ozone và thậm chí cả amoniac. Nhưng có rất ít trong số chúng nên tỷ lệ các thành phần như vậy bằng phần trăm, phần nghìn và phần triệu. Trong số này, chỉ có carbon dioxide đóng vai trò quan trọng vì nó là vật liệu xây dựng mà thực vật cần cho quá trình quang hợp. Chức năng quan trọng khác của nó là ngăn chặn bức xạ và hấp thụ một phần nhiệt của mặt trời.

Một loại khí nhỏ nhưng quan trọng khác, ozone tồn tại để bẫy bức xạ cực tím đến từ Mặt trời. Nhờ đặc tính này, mọi sự sống trên hành tinh đều được bảo vệ một cách đáng tin cậy. Mặt khác, ozone ảnh hưởng đến nhiệt độ của tầng bình lưu. Do hấp thụ bức xạ này nên không khí nóng lên.

Sự ổn định của thành phần định lượng của khí quyển được duy trì bằng cách trộn không ngừng. Các lớp của nó di chuyển theo cả chiều ngang và chiều dọc. Vì vậy, bất cứ nơi nào trên thế giới đều có đủ oxy và không có lượng carbon dioxide dư thừa.

Có gì khác trong không khí?

Cần lưu ý rằng hơi nước và bụi có thể được tìm thấy trong không phận. Loại thứ hai bao gồm các hạt phấn hoa và đất; trong thành phố chúng được kết hợp bởi các tạp chất của khí thải rắn từ khí thải.

Nhưng có rất nhiều nước trong khí quyển. Trong những điều kiện nhất định, nó ngưng tụ và xuất hiện mây và sương mù. Về bản chất, những thứ này giống nhau, chỉ có những cái đầu tiên xuất hiện ở trên cao so với bề mặt Trái đất và những cái cuối cùng lan dọc theo nó. Những đám mây có nhiều hình dạng khác nhau. Quá trình này phụ thuộc vào độ cao so với Trái đất.

Nếu chúng hình thành cách mặt đất 2 km thì chúng được gọi là phân lớp. Chính từ họ mà mưa đổ xuống đất hoặc tuyết rơi. Phía trên chúng, những đám mây tích hình thành ở độ cao tới 8 km. Chúng luôn đẹp nhất và đẹp nhất. Họ là những người nhìn vào chúng và tự hỏi chúng trông như thế nào. Nếu những thành tạo như vậy xuất hiện trong 10 km tới, chúng sẽ rất nhẹ và thoáng mát. Tên của họ là lông vũ.

Khí quyển được chia thành những lớp nào?

Mặc dù chúng có nhiệt độ rất khác nhau nhưng rất khó để biết một lớp bắt đầu và lớp kia kết thúc ở độ cao cụ thể nào. Sự phân chia này rất có điều kiện và mang tính gần đúng. Tuy nhiên, các lớp khí quyển vẫn tồn tại và thực hiện chức năng của chúng.

Phần thấp nhất của vỏ không khí được gọi là tầng đối lưu. Độ dày của nó tăng lên khi nó di chuyển từ cực đến xích đạo từ 8 đến 18 km. Đây là phần ấm nhất của bầu khí quyển vì không khí trong đó được bề mặt trái đất đốt nóng. Phần lớn hơi nước tập trung ở tầng đối lưu, đó là lý do tại sao mây hình thành, mưa rơi, giông bão ầm ầm và gió thổi.

Lớp tiếp theo dày khoảng 40 km và được gọi là tầng bình lưu. Nếu một người quan sát di chuyển vào phần không khí này, anh ta sẽ thấy bầu trời đã chuyển sang màu tím. Điều này được giải thích là do mật độ thấp của chất, thực tế không làm tán xạ tia nắng mặt trời. Chính trong lớp này mà máy bay phản lực bay. Tất cả các không gian mở đều mở cho họ, vì thực tế không có mây. Bên trong tầng bình lưu có một lớp bao gồm một lượng lớn ozone.

Sau đó là tầng bình lưu và tầng trung lưu. Lớp sau dày khoảng 30 km. Nó được đặc trưng bởi sự giảm mạnh về mật độ không khí và nhiệt độ. Bầu trời có vẻ đen đối với người quan sát. Ở đây bạn thậm chí có thể ngắm sao vào ban ngày.

Các lớp thực tế không có không khí

Cấu trúc của khí quyển tiếp tục với một lớp gọi là tầng nhiệt - lớp dài nhất trong số các tầng khác, độ dày của nó đạt tới 400 km. Lớp này được phân biệt bởi nhiệt độ rất lớn, có thể lên tới 1700 ° C.

Hai quả cầu cuối cùng thường được kết hợp thành một và gọi là tầng điện ly. Điều này là do thực tế là các phản ứng xảy ra trong chúng với sự giải phóng các ion. Chính những lớp này đã giúp chúng ta có thể quan sát được một hiện tượng tự nhiên như cực quang.

50 km tiếp theo tính từ Trái đất được phân bổ cho tầng ngoài. Đây là lớp vỏ bên ngoài của khí quyển. Nó phân tán các hạt không khí vào không gian. Các vệ tinh thời tiết thường di chuyển trong lớp này.

Bầu khí quyển của Trái đất kết thúc bằng từ quyển. Chính cô ấy là người che chở cho hầu hết các vệ tinh nhân tạo của hành tinh.

Sau tất cả những gì đã nói, sẽ không còn câu hỏi nào về bầu không khí nữa. Nếu bạn có bất kỳ nghi ngờ nào về sự cần thiết của nó, chúng có thể dễ dàng bị xua tan.

Ý nghĩa của khí quyển

Chức năng chính của khí quyển là bảo vệ bề mặt hành tinh khỏi quá nóng vào ban ngày và lạnh đi quá mức vào ban đêm. Mục đích quan trọng tiếp theo của lớp vỏ này mà không ai có thể bàn cãi là cung cấp oxy cho mọi sinh vật. Nếu không có điều này họ sẽ chết ngạt.

Hầu hết các thiên thạch đều bốc cháy ở các tầng trên và không bao giờ chạm tới bề mặt Trái đất. Và mọi người có thể chiêm ngưỡng những ánh sáng bay và nhầm chúng với những ngôi sao băng. Nếu không có bầu khí quyển, toàn bộ Trái đất sẽ tràn ngập các miệng hố. Và việc bảo vệ khỏi bức xạ mặt trời đã được thảo luận ở trên.

Làm thế nào để một người ảnh hưởng đến bầu không khí?

Rất tiêu cực. Điều này là do hoạt động ngày càng tăng của con người. Phần chính của tất cả các khía cạnh tiêu cực rơi vào ngành công nghiệp và giao thông vận tải. Nhân tiện, ô tô thải ra gần 60% tổng lượng chất ô nhiễm xâm nhập vào khí quyển. Bốn mươi còn lại được phân chia giữa năng lượng và công nghiệp, cũng như các ngành xử lý chất thải.

Danh sách các chất có hại bổ sung không khí hàng ngày còn rất dài. Do vận chuyển trong khí quyển có: nitơ và lưu huỳnh, carbon, xanh lam và bồ hóng, cũng như chất gây ung thư mạnh gây ung thư da - benzopyrene.

Ngành công nghiệp này sử dụng các nguyên tố hóa học sau: sulfur dioxide, hydrocarbon và hydrogen sulfide, amoniac và phenol, clo và flo. Nếu quá trình này tiếp tục, các câu hỏi sẽ sớm được trả lời: “Bầu không khí là gì? Nó bao gồm những gì? sẽ hoàn toàn khác.

Bầu không khí(từ khí quyển của Hy Lạp - hơi nước và spharia - quả bóng) - vỏ không khí của Trái đất, quay cùng với nó. Sự phát triển của khí quyển có liên quan chặt chẽ đến các quá trình địa chất và địa hóa xảy ra trên hành tinh của chúng ta, cũng như các hoạt động của các sinh vật sống.

Ranh giới dưới của khí quyển trùng với bề mặt Trái đất, vì không khí xâm nhập vào các lỗ nhỏ nhất trong đất và hòa tan ngay cả trong nước.

Ranh giới trên ở độ cao 2000-3000 km dần dần đi vào không gian bên ngoài.

Nhờ bầu khí quyển chứa oxy, sự sống trên Trái đất có thể tồn tại. Oxy trong khí quyển được sử dụng trong quá trình hô hấp của con người, động vật và thực vật.

Nếu không có bầu khí quyển, Trái đất sẽ yên tĩnh như Mặt trăng. Xét cho cùng, âm thanh là sự dao động của các hạt không khí. Màu xanh của bầu trời được giải thích là do các tia mặt trời khi xuyên qua bầu khí quyển, giống như xuyên qua thấu kính, bị phân hủy thành các màu thành phần của chúng. Trong trường hợp này, các tia màu xanh lam và xanh lam bị phân tán nhiều nhất.

Bầu khí quyển giữ lại phần lớn bức xạ cực tím của mặt trời, có tác động bất lợi đến các sinh vật sống. Nó cũng giữ nhiệt gần bề mặt Trái đất, ngăn cản hành tinh của chúng ta nguội đi.

Cấu trúc của khí quyển

Trong khí quyển, có thể phân biệt được một số lớp có mật độ khác nhau (Hình 1).

Tầng đối lưu

Tầng đối lưu- lớp thấp nhất của khí quyển, độ dày của nó phía trên cực là 8-10 km, ở vĩ độ ôn đới - 10-12 km và phía trên xích đạo - 16-18 km.

Cơm. 1. Cấu trúc bầu khí quyển Trái đất

Không khí trong tầng đối lưu được làm nóng bởi bề mặt trái đất, nghĩa là bởi đất và nước. Do đó, nhiệt độ không khí ở tầng này giảm theo độ cao trung bình 0,6 °C cứ 100 m. Ở ranh giới trên của tầng đối lưu, nhiệt độ đạt tới -55 °C. Đồng thời, ở khu vực xích đạo ở ranh giới trên của tầng đối lưu, nhiệt độ không khí là -70 ° C và ở khu vực Bắc Cực -65 ° C.

Khoảng 80% khối lượng của khí quyển tập trung ở tầng đối lưu, hầu hết hơi nước đều tập trung, xảy ra giông bão, bão, mây và mưa, đồng thời xảy ra chuyển động thẳng đứng (đối lưu) và ngang (gió).

Có thể nói thời tiết chủ yếu được hình thành ở tầng đối lưu.

Tầng bình lưu

Tầng bình lưu- tầng khí quyển nằm phía trên tầng đối lưu ở độ cao từ 8 đến 50 km. Màu sắc của bầu trời trong lớp này có màu tím, điều này được giải thích là do không khí loãng nên tia nắng hầu như không bị phân tán.

Tầng bình lưu chứa 20% khối lượng của khí quyển. Không khí trong lớp này loãng hơn, thực tế không có hơi nước và do đó hầu như không có mây và dạng mưa. Tuy nhiên, các dòng không khí ổn định được quan sát thấy trong tầng bình lưu, tốc độ đạt tới 300 km/h.

Lớp này tập trung ozon(màn hình ozone, tầng ozon), một lớp hấp thụ tia cực tím, ngăn chúng chiếu tới Trái đất và từ đó bảo vệ các sinh vật sống trên hành tinh của chúng ta. Nhờ có ozone, nhiệt độ không khí ở ranh giới trên của tầng bình lưu dao động từ -50 đến 4-55°C.

Giữa tầng trung lưu và tầng bình lưu có một vùng chuyển tiếp - tầng bình lưu.

Tầng trung lưu

Tầng trung lưu- tầng khí quyển nằm ở độ cao 50-80 km. Mật độ không khí ở đây thấp hơn 200 lần so với bề mặt Trái đất. Màu sắc của bầu trời ở tầng trung lưu có màu đen và có thể nhìn thấy các ngôi sao vào ban ngày. Nhiệt độ không khí giảm xuống -75 (-90)°C.

Ở độ cao 80 km bắt đầu nhiệt quyển. Nhiệt độ không khí ở tầng này tăng mạnh lên độ cao 250 m, sau đó không đổi: ở độ cao 150 km, nhiệt độ đạt 220-240 ° C; ở độ cao 500-600 km vượt quá 1500 ° C.

Trong tầng trung lưu và tầng nhiệt, dưới tác dụng của tia vũ trụ, các phân tử khí phân hủy thành các hạt nguyên tử mang điện tích (ion hóa) nên phần khí quyển này được gọi là tầng điện ly- một lớp không khí rất loãng, nằm ở độ cao từ 50 đến 1000 km, bao gồm chủ yếu là các nguyên tử oxy bị ion hóa, phân tử oxit nitơ và các electron tự do. Lớp này được đặc trưng bởi mức độ điện khí hóa cao và các sóng vô tuyến dài và trung bình được phản xạ từ nó, giống như từ một tấm gương.

Trong tầng điện ly, cực quang xuất hiện - sự phát sáng của các khí hiếm dưới tác động của các hạt tích điện bay từ Mặt trời - và người ta quan sát thấy những biến động mạnh trong từ trường.

Tầng ngoài

Tầng ngoài- lớp ngoài của khí quyển nằm ở độ cao trên 1000 km. Lớp này còn được gọi là quả cầu tán xạ, vì các hạt khí di chuyển ở đây với tốc độ cao và có thể phân tán ra ngoài không gian.

Thành phần khí quyển

Khí quyển là hỗn hợp các loại khí bao gồm nitơ (78,08%), oxy (20,95%), carbon dioxide (0,03%), argon (0,93%), một lượng nhỏ helium, neon, xenon, krypton (0,01%), ozone và các loại khí khác nhưng hàm lượng của chúng không đáng kể (Bảng 1). Thành phần hiện đại của không khí trên Trái đất đã được hình thành cách đây hơn một trăm triệu năm, tuy nhiên hoạt động sản xuất của con người tăng mạnh đã dẫn đến sự thay đổi của nó. Hiện nay, hàm lượng CO 2 đang tăng khoảng 10-12%.

Các khí tạo nên bầu khí quyển thực hiện nhiều vai trò chức năng khác nhau. Tuy nhiên, tầm quan trọng chính của các loại khí này được xác định chủ yếu bởi thực tế là chúng hấp thụ rất mạnh năng lượng bức xạ và do đó có tác động đáng kể đến chế độ nhiệt độ của bề mặt và khí quyển Trái đất.

Bảng 1. Thành phần hóa học của không khí khô trong khí quyển gần bề mặt trái đất

	Nồng độ khối lượng. %	Trọng lượng phân tử, đơn vị

Ôxy

Khí cacbonic





oxit nitơ
	từ 0 đến 0,00001
lưu huỳnh đioxit	từ 0 đến 0,000007 vào mùa hè; từ 0 đến 0,000002 vào mùa đông
	Từ 0 đến 0,000002	46,0055/17,03061
Azog dioxide

cacbon monoxit

Nitơ, Là loại khí phổ biến nhất trong khí quyển, nó ít hoạt động về mặt hóa học.

Ôxy, không giống như nitơ, là một nguyên tố hóa học rất hoạt động. Chức năng cụ thể của oxy là oxy hóa các chất hữu cơ của các sinh vật dị dưỡng, đá và các khí chưa được oxy hóa do núi lửa thải vào khí quyển. Không có oxy, sẽ không có sự phân hủy chất hữu cơ chết.

Vai trò của carbon dioxide trong khí quyển là vô cùng lớn. Nó xâm nhập vào khí quyển là kết quả của quá trình đốt cháy, hô hấp của sinh vật sống và phân hủy và trước hết là vật liệu xây dựng chính để tạo ra chất hữu cơ trong quá trình quang hợp. Ngoài ra, khả năng carbon dioxide truyền bức xạ mặt trời sóng ngắn và hấp thụ một phần bức xạ nhiệt sóng dài là rất quan trọng, điều này sẽ tạo ra cái gọi là hiệu ứng nhà kính, sẽ được thảo luận dưới đây.

Các quá trình khí quyển, đặc biệt là chế độ nhiệt của tầng bình lưu, bị ảnh hưởng bởi ozon. Khí này đóng vai trò là chất hấp thụ tự nhiên bức xạ cực tím từ mặt trời và sự hấp thụ bức xạ mặt trời dẫn đến làm nóng không khí. Giá trị trung bình hàng tháng của tổng hàm lượng ozone trong khí quyển thay đổi tùy theo vĩ độ và thời gian trong năm trong khoảng 0,23-0,52 cm (đây là độ dày của tầng ozone ở áp suất và nhiệt độ mặt đất). Có sự gia tăng hàm lượng ozone từ xích đạo đến cực và theo chu kỳ hàng năm với mức tối thiểu vào mùa thu và tối đa vào mùa xuân.

Một đặc tính đặc trưng của khí quyển là hàm lượng các khí chính (nitơ, oxy, argon) thay đổi một chút theo độ cao: ở độ cao 65 km trong khí quyển, hàm lượng nitơ là 86%, oxy - 19, argon - 0,91 , ở độ cao 95 km - nitơ 77, oxy - 21,3, argon - 0,82%. Sự ổn định của thành phần không khí trong khí quyển theo chiều dọc và chiều ngang được duy trì bằng cách trộn nó.

Ngoài khí, không khí còn chứa hơi nước Và các hạt rắn. Loại thứ hai có thể có cả nguồn gốc tự nhiên và nhân tạo (nhân tạo). Đây là phấn hoa, tinh thể muối nhỏ, bụi đường và tạp chất khí dung. Khi tia nắng xuyên qua cửa sổ, chúng có thể được nhìn thấy bằng mắt thường.

Đặc biệt có nhiều hạt nhỏ trong không khí của các thành phố và trung tâm công nghiệp lớn, nơi phát thải khí độc hại và các tạp chất của chúng hình thành trong quá trình đốt cháy nhiên liệu được thêm vào bình xịt.

Nồng độ sol khí trong khí quyển quyết định độ trong suốt của không khí, ảnh hưởng đến bức xạ mặt trời tới bề mặt Trái đất. Các sol khí lớn nhất là hạt nhân ngưng tụ (từ lat. sự ngưng tụ- nén chặt, làm đặc) - góp phần chuyển hóa hơi nước thành giọt nước.

Tầm quan trọng của hơi nước được xác định chủ yếu bởi thực tế là nó làm chậm bức xạ nhiệt sóng dài từ bề mặt trái đất; đại diện cho liên kết chính của chu kỳ độ ẩm lớn và nhỏ; làm tăng nhiệt độ không khí trong quá trình ngưng tụ của lớp nước.

Lượng hơi nước trong khí quyển thay đổi theo không gian và thời gian. Như vậy, nồng độ hơi nước trên bề mặt trái đất dao động từ 3% ở vùng nhiệt đới đến 2-10 (15)% ở Nam Cực.

Hàm lượng hơi nước trung bình trong cột thẳng đứng của khí quyển ở các vĩ độ ôn đới là khoảng 1,6-1,7 cm (đây là độ dày của lớp hơi nước ngưng tụ). Thông tin liên quan đến hơi nước ở các tầng khác nhau của khí quyển là trái ngược nhau. Ví dụ, người ta giả định rằng ở độ cao từ 20 đến 30 km, độ ẩm riêng tăng mạnh theo độ cao. Tuy nhiên, các phép đo tiếp theo cho thấy tầng bình lưu khô hơn. Rõ ràng, độ ẩm riêng trong tầng bình lưu phụ thuộc rất ít vào độ cao và là 2-4 mg/kg.

Sự biến đổi hàm lượng hơi nước trong tầng đối lưu được xác định bởi sự tương tác của các quá trình bay hơi, ngưng tụ và vận chuyển ngang. Do sự ngưng tụ của hơi nước, các đám mây hình thành và lượng mưa rơi dưới dạng mưa, mưa đá và tuyết.

Các quá trình chuyển pha của nước xảy ra chủ yếu ở tầng đối lưu, đó là lý do tại sao các đám mây ở tầng bình lưu (ở độ cao 20-30 km) và tầng trung lưu (gần tầng trung lưu), được gọi là mây ngọc trai và bạc, tương đối hiếm khi được quan sát thấy, trong khi các đám mây ở tầng đối lưu thường bao phủ khoảng 50% toàn bộ bề mặt trái đất.

Lượng hơi nước có thể chứa trong không khí phụ thuộc vào nhiệt độ không khí.

1 m 3 không khí ở nhiệt độ -20 ° C có thể chứa không quá 1 g nước; ở 0 ° C - không quá 5 g; ở +10 ° C - không quá 9 g; ở +30 ° C - không quá 30 g nước.

Phần kết luận: Nhiệt độ không khí càng cao thì lượng hơi nước có thể chứa càng nhiều.

Không khí có thể giàu có Và không bão hòa hơi nước. Vì vậy, nếu ở nhiệt độ +30 °C 1 m 3 không khí chứa 15 g hơi nước thì không khí không bão hòa hơi nước; nếu 30 g - bão hòa.

Độ ẩm tuyệt đối là lượng hơi nước chứa trong 1m3 không khí. Nó được thể hiện bằng gam. Ví dụ: nếu họ nói “độ ẩm tuyệt đối là 15”, điều này có nghĩa là 1 m L chứa 15 g hơi nước.

Độ ẩm tương đối- đây là tỷ lệ (tính bằng phần trăm) giữa hàm lượng hơi nước thực tế trong 1 m 3 không khí với lượng hơi nước có thể chứa trong 1 m L ở nhiệt độ nhất định. Ví dụ: nếu đài phát sóng bản tin thời tiết cho biết độ ẩm tương đối là 70%, điều này có nghĩa là không khí chứa 70% lượng hơi nước mà nó có thể giữ ở nhiệt độ đó.

Độ ẩm tương đối càng cao, tức là Không khí càng gần trạng thái bão hòa thì khả năng xảy ra mưa càng cao.

Độ ẩm không khí tương đối luôn cao (tới 90%) được quan sát thấy ở vùng xích đạo, vì nhiệt độ không khí ở đó duy trì ở mức cao suốt cả năm và sự bốc hơi lớn xảy ra từ bề mặt đại dương. Độ ẩm tương đối cũng cao ở các vùng cực, nhưng do ở nhiệt độ thấp, ngay cả một lượng nhỏ hơi nước cũng làm cho không khí bão hòa hoặc gần bão hòa. Ở các vĩ độ ôn đới, độ ẩm tương đối thay đổi theo mùa - cao hơn vào mùa đông, thấp hơn vào mùa hè.

Độ ẩm không khí tương đối ở sa mạc đặc biệt thấp: 1 m 1 không khí ở đó chứa lượng hơi nước ít hơn từ hai đến ba lần so với lượng hơi nước có thể có ở một nhiệt độ nhất định.

Để đo độ ẩm tương đối, người ta sử dụng máy đo độ ẩm (từ tiếng Hy Lạp hygros - ướt và métco - tôi đo).

Khi được làm mát, không khí bão hòa không thể giữ lại cùng một lượng hơi nước; nó đặc lại (ngưng tụ), biến thành những giọt sương mù. Sương mù có thể được quan sát vào mùa hè vào một đêm trong xanh, mát mẻ.

Mây- đây cũng là sương mù, chỉ có điều nó không được hình thành trên bề mặt trái đất mà ở một độ cao nhất định. Khi không khí bay lên, nó nguội đi và hơi nước trong đó ngưng tụ lại. Kết quả là những giọt nước nhỏ tạo nên những đám mây.

Sự hình thành đám mây cũng liên quan đến chất dạng hạt lơ lửng ở tầng đối lưu.

Mây có thể có nhiều hình dạng khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện hình thành của chúng (Bảng 14).

Những đám mây thấp nhất và nặng nhất là tầng. Chúng nằm ở độ cao 2 km tính từ bề mặt trái đất. Ở độ cao từ 2 đến 8 km, có thể quan sát được những đám mây tích đẹp như tranh vẽ. Cao nhất và nhẹ nhất là những đám mây ti. Chúng nằm ở độ cao từ 8 đến 18 km so với bề mặt trái đất.

Gia đình	Các loại mây	Vẻ bề ngoài
A. Những đám mây phía trên - trên 6 km	I. Cirrus	Dạng sợi, dạng sợi, màu trắng
	II. Cirrocumulus	Các lớp và các đường vân nhỏ và cuộn tròn, màu trắng
	III. Cirrostratus	Tấm màn trắng trong suốt
B. Mây trung bình - trên 2 km	IV. Altocumulus	Các lớp và đường gờ có màu trắng và xám
B. Mây trung bình - trên 2 km	V. Phân tầng	Tấm màn mịn màu xám sữa
B. Mây thấp - cao tới 2 km	VI. Nimbostratus	Lớp màu xám không có hình dạng rắn
	VII. tích tầng	Các lớp và đường vân không trong suốt có màu xám
	VIII. xếp lớp	Mạng che mặt màu xám không trong suốt
D. Đám mây phát triển theo chiều dọc - từ tầng dưới lên tầng trên	IX. tích lũy	Gậy và mái vòm có màu trắng sáng, mép bị rách trong gió
	X. Cumulonimbus	Khối hình dạng tích mạnh mẽ có màu chì sẫm

Bảo vệ khí quyển

Nguồn chính là các doanh nghiệp công nghiệp và ô tô. Tại các thành phố lớn, vấn đề ô nhiễm khí trên các tuyến giao thông chính là rất nghiêm trọng. Đó là lý do tại sao nhiều thành phố lớn trên thế giới, trong đó có nước ta, đã đưa ra các biện pháp kiểm soát môi trường đối với độc tính của khí thải xe cộ. Theo các chuyên gia, khói bụi trong không khí có thể làm giảm một nửa nguồn năng lượng mặt trời cung cấp cho bề mặt trái đất, dẫn đến thay đổi điều kiện tự nhiên.