Composición de la atmósfera. La envoltura aérea de nuestro planeta. atmósfera protege la superficie terrestre de los efectos nocivos de la radiación ultravioleta del sol sobre los organismos vivos. También protege a la Tierra de partículas cósmicas: polvo y meteoritos.
La atmósfera está formada por una mezcla mecánica de gases: el 78% de su volumen es nitrógeno, el 21% es oxígeno y menos del 1% es helio, argón, criptón y otros gases inertes. La cantidad de oxígeno y nitrógeno en el aire prácticamente no cambia, porque el nitrógeno casi no se combina con otras sustancias, y el oxígeno, que, aunque es muy activo y se gasta en la respiración, la oxidación y la combustión, las plantas lo reponen constantemente.
Hasta una altitud de aproximadamente 100 km, el porcentaje de estos gases permanece prácticamente sin cambios. Esto se debe al hecho de que el aire se mezcla constantemente.
Además de los gases mencionados, la atmósfera contiene alrededor del 0,03% dióxido de carbono, que suele concentrarse cerca de superficie de la Tierra y se distribuye de manera desigual: en las ciudades, centros industriales y zonas de actividad volcánica, su cantidad aumenta.
Siempre hay una cierta cantidad de impurezas en la atmósfera: vapor de agua y polvo. El contenido de vapor de agua depende de la temperatura del aire: cuanto mayor es la temperatura, más vapor puede contener el aire. Debido a la presencia de agua vaporosa en el aire, son posibles fenómenos atmosféricos como arco iris, refracción de la luz solar, etc.
El polvo ingresa a la atmósfera durante erupciones volcánicas, tormentas de arena y polvo, durante la combustión incompleta de combustible en centrales térmicas, etc.
La estructura de la atmósfera. La densidad de la atmósfera cambia con la altitud: es mayor en la superficie de la Tierra y disminuye a medida que asciende. Así, a una altitud de 5,5 km, la densidad de la atmósfera es 2 veces, y a una altitud de 11 km, 4 veces menor que en la capa superficial.
Dependiendo de la densidad, composición y propiedades de los gases, la atmósfera se divide en cinco capas concéntricas (Fig. 34).
Arroz. 34. Sección vertical de la atmósfera (estratificación de la atmósfera)
1. La capa inferior se llama troposfera. Su límite superior pasa a una altitud de 8 a 10 km en los polos y de 16 a 18 km en el ecuador. La troposfera contiene hasta el 80% de la masa total de la atmósfera y casi todo el vapor de agua.
La temperatura del aire en la troposfera disminuye con la altura en 0,6 °C cada 100 m y en su límite superior es de -45-55 °C.
El aire en la troposfera se mezcla constantemente y se mueve en diferentes direcciones. Sólo aquí se observan nieblas, lluvias, nevadas, tormentas eléctricas, tormentas y otros fenómenos meteorológicos.
2. Ubicado arriba estratosfera, que se extiende a una altitud de 50-55 km. La densidad y la presión del aire en la estratosfera son insignificantes. El aire enrarecido está formado por los mismos gases que en la troposfera, pero contiene más ozono. La mayor concentración de ozono se observa a una altitud de 15 a 30 km. La temperatura en la estratosfera aumenta con la altitud y en su límite superior alcanza los 0 °C o más. Esto se debe a que el ozono absorbe la energía de onda corta del sol, lo que provoca que el aire se caliente.
3. Se encuentra por encima de la estratosfera. mesosfera, extendiéndose a una altitud de 80 km. Allí la temperatura vuelve a bajar y alcanza los -90 °C. La densidad del aire allí es 200 veces menor que en la superficie de la Tierra.
4. Por encima de la mesosfera se encuentra termosfera(de 80 a 800 kilómetros). La temperatura en esta capa aumenta: a una altitud de 150 km hasta 220 °C; a una altitud de 600 km hasta 1500 °C. Los gases atmosféricos (nitrógeno y oxígeno) se encuentran en estado ionizado. Bajo la influencia de la radiación solar de onda corta, los electrones individuales se separan de las capas de los átomos. Como resultado, en esta capa - ionosfera Aparecen capas de partículas cargadas. Su capa más densa se encuentra a una altitud de 300 a 400 km. Debido a la baja densidad, los rayos del sol no se dispersan allí, por lo que el cielo es negro, las estrellas y los planetas brillan intensamente sobre él.
En la ionosfera hay Aurora boreal, Se generan potentes corrientes eléctricas que provocan perturbaciones. campo magnético Tierra.
5. Por encima de los 800 km está la capa exterior: exosfera. La velocidad de movimiento de las partículas individuales en la exosfera se acerca a la crítica: 11,2 mm/s, por lo que las partículas individuales pueden vencer la gravedad y escapar al espacio exterior.
El significado de atmósfera. El papel de la atmósfera en la vida de nuestro planeta es excepcionalmente importante. Sin ella, la Tierra estaría muerta. La atmósfera protege la superficie de la Tierra del calentamiento y enfriamiento extremos. Su efecto se puede comparar con el papel del vidrio en los invernaderos: dejar pasar los rayos del sol y evitar la pérdida de calor.
La atmósfera protege a los organismos vivos de la radiación corpuscular y de onda corta del Sol. La atmósfera es el entorno donde se producen los fenómenos meteorológicos, al que está asociada toda actividad humana. El estudio de este caparazón se realiza en estaciones meteorológicas. Día y noche, en cualquier clima, los meteorólogos controlan el estado de la capa inferior de la atmósfera. Cuatro veces al día y en muchas estaciones cada hora miden la temperatura, la presión, la humedad del aire, anotan la nubosidad, la dirección y velocidad del viento, las precipitaciones, los datos eléctricos y fenómenos sonoros en la atmósfera. Las estaciones meteorológicas están ubicadas en todas partes: en la Antártida y en las selvas tropicales, en montañas altas y en las vastas extensiones de la tundra. También se realizan observaciones de los océanos desde barcos especialmente construidos.
Desde los años 30. Siglo XX Las observaciones comenzaron en la atmósfera libre. Comenzaron a lanzar radiosondas que se elevan a una altura de 25 a 35 km y, utilizando equipos de radio, transmiten información sobre temperatura, presión, humedad del aire y velocidad del viento a la Tierra. Hoy en día también se utilizan ampliamente cohetes y satélites meteorológicos. Estos últimos cuentan con instalaciones de televisión que transmiten imágenes de la superficie terrestre y de las nubes.
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5. La capa de aire de la tierra.§ 31. Calentamiento de la atmósfera.
Composición de la Tierra. Aire
El aire es una mezcla mecánica de varios gases que forman la atmósfera terrestre. El aire es necesario para respirar. organismos vivos, es ampliamente utilizado en la industria.
El hecho de que el aire es una mezcla y no una sustancia homogénea quedó demostrado durante los experimentos del científico escocés Joseph Black. Durante uno de ellos, el científico descubrió que cuando se calienta la magnesia blanca (carbonato de magnesio), se libera “aire ligado”, es decir, dióxido de carbono, y se forma magnesia quemada (óxido de magnesio). Al quemar piedra caliza, por el contrario, se elimina el “aire ligado”. Con base en estos experimentos, el científico concluyó que la diferencia entre el dióxido de carbono y los álcalis cáusticos es que el primero contiene dióxido de carbono, que es uno de los componentes aire. Hoy sabemos que además del dióxido de carbono, la composición del aire terrestre incluye:
La proporción de gases en la atmósfera terrestre indicada en la tabla es típica de sus capas inferiores, hasta una altitud de 120 km. En estas áreas se encuentra una región homogénea y bien mezclada llamada homósfera. Por encima de la homosfera se encuentra la heterosfera, que se caracteriza por la descomposición de las moléculas de gas en átomos e iones. Las regiones están separadas entre sí por una pausa turbo.
La reacción química en la que las moléculas se descomponen en átomos bajo la influencia de la radiación solar y cósmica se llama fotodisociación. La desintegración del oxígeno molecular produce oxígeno atómico, que es el principal gas de la atmósfera en altitudes superiores a los 200 km. En altitudes superiores a los 1200 km, comienzan a predominar el hidrógeno y el helio, que son los gases más ligeros.
Dado que la mayor parte del aire se concentra en las tres capas atmosféricas inferiores, los cambios en la composición del aire en altitudes superiores a 100 km no tienen un efecto perceptible sobre composición general atmósfera.
El nitrógeno es el gas más común y representa más de las tres cuartas partes del volumen de aire de la Tierra. El nitrógeno moderno se formó mediante la oxidación de la atmósfera primitiva de amoníaco-hidrógeno por el oxígeno molecular, que se forma durante la fotosíntesis. Actualmente, pequeñas cantidades de nitrógeno ingresan a la atmósfera como resultado de la desnitrificación, el proceso de reducción de nitratos a nitritos, seguido de la formación de óxidos gaseosos y nitrógeno molecular, que es producido por procariotas anaeróbicos. Parte del nitrógeno ingresa a la atmósfera durante las erupciones volcánicas.
En las capas superiores de la atmósfera, cuando se exponen a descargas eléctricas con la participación del ozono, el nitrógeno molecular se oxida a monóxido de nitrógeno:
norte 2 + O 2 → 2NO
En condiciones normales, el monóxido reacciona inmediatamente con el oxígeno para formar óxido nitroso:
2NO + O 2 → 2NO 2 O
El nitrógeno es esencial elemento químico atmósfera terrestre. El nitrógeno forma parte de las proteínas y proporciona nutrición mineral a las plantas. Determina la velocidad biológica. reacciones químicas, desempeña el papel de diluyente de oxígeno.
El segundo gas más común en la atmósfera terrestre es el oxígeno. La formación de este gas está asociada a la actividad fotosintética de plantas y bacterias. Y cuanto más diversos y numerosos se volvieron los organismos fotosintéticos, más significativo se volvió el proceso de contenido de oxígeno en la atmósfera. Durante la desgasificación del manto se libera una pequeña cantidad de oxígeno pesado.
En las capas superiores de la troposfera y la estratosfera, bajo la influencia de la radiación solar ultravioleta (la denotamos como hν), se forma ozono:
O 2 + hν → 2O
Como resultado de la misma radiación ultravioleta, el ozono se descompone:
O 3 + hν → O 2 + O
О 3 + O → 2О 2
Como resultado de la primera reacción, se forma oxígeno atómico y, como resultado de la segunda, oxígeno molecular. Las cuatro reacciones se denominan “mecanismo Chapman”, en honor al científico británico Sidney Chapman, que las descubrió en 1930.
El oxígeno se utiliza para la respiración de los organismos vivos. Con su ayuda se producen procesos de oxidación y combustión.
El ozono sirve para proteger a los organismos vivos de la radiación ultravioleta, que provoca mutaciones irreversibles. La mayor concentración de ozono se observa en la estratosfera inferior dentro de la llamada. capa de ozono o pantalla de ozono, situada a altitudes de 22 a 25 km. El contenido de ozono es pequeño: a presión normal, todo el ozono de la atmósfera terrestre ocuparía una capa de sólo 2,91 mm de espesor.
La formación del tercer gas más común en la atmósfera, el argón, así como el neón, el helio, el criptón y el xenón, está asociada a erupciones volcánicas y a la desintegración de elementos radiactivos.
En particular, el helio es un producto de la desintegración radiactiva del uranio, el torio y el radio: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (en estas reacciones la partícula α es el núcleo de helio, que en Durante el proceso de pérdida de energía, captura electrones y se convierte en 4 He).
El argón se forma durante la desintegración del isótopo radiactivo del potasio: 40 K → 40 Ar + γ.
El neón se escapa de las rocas ígneas.
El criptón se forma como producto final de la desintegración del uranio (235 U y 238 U) y el torio Th.
La mayor parte del criptón atmosférico se formó en las primeras etapas de la evolución de la Tierra como resultado de la desintegración de elementos transuránicos con una vida media increíblemente corta o provino del espacio, donde el contenido de criptón es diez millones de veces mayor que en la Tierra.
El xenón es el resultado de la fisión del uranio, pero la mayor parte de este gas permanece de las primeras etapas de formación de la Tierra, de la atmósfera primordial.
El dióxido de carbono ingresa a la atmósfera como resultado de erupciones volcánicas y durante la descomposición de materia orgánica. Su contenido en la atmósfera de las latitudes medias de la Tierra varía mucho según las estaciones del año: en invierno la cantidad de CO 2 aumenta y en verano disminuye. Esta fluctuación está asociada con la actividad de las plantas que utilizan dióxido de carbono en el proceso de fotosíntesis.
El hidrógeno se forma como resultado de la descomposición del agua por la radiación solar. Pero, al ser el más ligero de los gases que forman la atmósfera, se evapora constantemente en el espacio exterior y, por tanto, su contenido en la atmósfera es muy pequeño.
El vapor de agua es el resultado de la evaporación del agua de la superficie de lagos, ríos, mares y tierra.
La concentración de los principales gases en las capas inferiores de la atmósfera, a excepción del vapor de agua y el dióxido de carbono, es constante. En pequeñas cantidades la atmósfera contiene óxido de azufre SO 2, amoníaco NH 3, monóxido de carbono CO, ozono O 3, cloruro de hidrógeno HCl, fluoruro de hidrógeno HF, monóxido de nitrógeno NO, hidrocarburos, vapor de mercurio Hg, yodo I 2 y muchos otros. En la capa atmosférica inferior, la troposfera, siempre hay una gran cantidad de partículas sólidas y líquidas en suspensión.
Las fuentes de partículas en la atmósfera terrestre son las erupciones volcánicas, el polen de las plantas, los microorganismos y Últimamente y actividades humanas, como la quema de combustibles fósiles durante la producción. Las partículas más pequeñas de polvo, que son núcleos de condensación, provocan la formación de nieblas y nubes. Sin partículas presentes constantemente en la atmósfera, la precipitación no caería sobre la Tierra.
La atmósfera de la Tierra es una capa de aire.
La presencia de una bola especial sobre la superficie de la tierra fue probada por los antiguos griegos, quienes llamaron a la atmósfera bola de vapor o gas.
Esta es una de las geosferas del planeta, sin la cual la existencia de todos los seres vivos no sería posible.
¿Dónde está la atmósfera?
La atmósfera rodea los planetas con una densa capa de aire, que comienza en la superficie terrestre. Entra en contacto con la hidrosfera, cubre la litosfera y se extiende hacia el espacio exterior.
¿En qué consiste la atmósfera?
La capa de aire de la Tierra se compone principalmente de aire, cuya masa total alcanza los 5,3 * 1018 kilogramos. De ellos, la parte enferma es el aire seco y mucha menos el vapor de agua.
Sobre el mar, la densidad de la atmósfera es de 1,2 kilogramos por metro cúbico. La temperatura en la atmósfera puede alcanzar los –140,7 grados, el aire se disuelve en agua a temperatura cero.
La atmósfera consta de varias capas:
- Troposfera;
- tropopausa;
- Estratosfera y estratopausa;
- Mesosfera y mesopausia;
- Una línea especial sobre el nivel del mar llamada línea Karman;
- Termosfera y termopausa;
- Zona de dispersión o exosfera.
Cada capa tiene sus propias características, están interconectadas y aseguran el funcionamiento de la envoltura aérea del planeta.
Límites de la atmósfera
El borde más bajo de la atmósfera pasa por la hidrosfera y las capas superiores de la litosfera. El límite superior comienza en la exosfera, que se encuentra a 700 kilómetros de la superficie del planeta y alcanzará los 1,3 mil kilómetros.
Según algunos informes, la atmósfera alcanza los 10 mil kilómetros. Los científicos coincidieron en que el límite superior de la capa de aire debería ser la línea de Karman, ya que aquí la aeronáutica ya no es posible.
Gracias a constantes estudios en esta área, los científicos han establecido que la atmósfera entra en contacto con la ionosfera a una altitud de 118 kilómetros.
Composición química
Esta capa de la Tierra está formada por gases e impurezas gaseosas, que incluyen residuos de combustión, sal marina, hielo, agua y polvo. La composición y masa de los gases que se pueden encontrar en la atmósfera casi nunca cambia, solo cambia la concentración de agua y dióxido de carbono.
La composición del agua puede variar del 0,2 por ciento al 2,5 por ciento, dependiendo de la latitud. Los elementos adicionales son cloro, nitrógeno, azufre, amoníaco, carbono, ozono, hidrocarburos, ácido clorhídrico, fluoruro de hidrógeno, bromuro de hidrógeno, yoduro de hidrógeno.
Una parte separada la ocupan mercurio, yodo, bromo y óxido nítrico. Además, en la troposfera se encuentran partículas líquidas y sólidas llamadas aerosoles. Uno de los gases más raros del planeta, el radón, se encuentra en la atmósfera.
En términos de composición química, el nitrógeno ocupa más del 78% de la atmósfera, el oxígeno, casi el 21%, el dióxido de carbono, el 0,03%, el argón, casi el 1%, la cantidad total de la sustancia es menos del 0,01%. Esta composición del aire se formó cuando el planeta surgió por primera vez y comenzó a desarrollarse.
Con la llegada del hombre, que poco a poco pasó a la producción, composición química cambió. En particular, la cantidad de dióxido de carbono aumenta constantemente.
Funciones de la atmósfera
Los gases en la capa de aire realizan una variedad de funciones. En primer lugar, absorben rayos y energía radiante. En segundo lugar, influyen en la formación de temperatura en la atmósfera y en la Tierra. En tercer lugar, garantiza la vida y su curso en la Tierra.
Además, esta capa proporciona termorregulación, que determina el tiempo y el clima, el modo de distribución del calor y la presión atmosférica. La troposfera ayuda a regular el flujo de masas de aire, determinar el movimiento del agua y los procesos de intercambio de calor.
La atmósfera interactúa constantemente con la litosfera y la hidrosfera, proporcionando procesos geológicos. La función más importante es que brinda protección contra el polvo de origen meteorítico, contra la influencia del espacio y el sol.
Datos
- El oxígeno proporciona a la Tierra la descomposición. materia orgánica o roca dura, que es muy importante para las emisiones, descomposición de rocas, oxidación de organismos.
- El dióxido de carbono ayuda a que se produzca la fotosíntesis y también contribuye a la transmisión de ondas cortas de radiación solar y a la absorción de ondas térmicas largas. Si esto no sucede, se produce el llamado efecto invernadero.
- Uno de los principales problemas asociados a la atmósfera es la contaminación, que se produce por el funcionamiento de las fábricas y las emisiones de los automóviles. Por ello, muchos países han introducido controles ambientales especiales y, a nivel internacional, se están adoptando mecanismos especiales para regular las emisiones y el efecto invernadero.
Toda persona alfabetizada debería saber no sólo que el planeta está rodeado por una atmósfera compuesta de una mezcla de todo tipo de gases, sino también que hay diferentes capas de la atmósfera que se encuentran a distancias desiguales de la superficie de la Tierra.
Al observar el cielo, no vemos en absoluto su compleja estructura, su composición heterogénea ni otras cosas ocultas a la vista. Pero es precisamente gracias a la composición compleja y multicomponente de la capa de aire que existen las condiciones alrededor del planeta que permitieron que aquí surgiera la vida, que floreciera la vegetación y que apareciera todo lo que alguna vez estuvo aquí.
El conocimiento sobre el tema de conversación se brinda a personas que ya están en sexto grado en la escuela, pero algunas aún no han completado sus estudios y otras han estado allí hace tanto tiempo que ya lo han olvidado todo. Sin embargo, toda persona educada debe saber en qué consiste el mundo que le rodea, especialmente aquella parte de la que depende directamente la posibilidad misma de su vida normal.
¿Cómo se llama cada capa de la atmósfera, a qué altitud se encuentra y qué papel juega? Todas estas cuestiones se analizarán a continuación.
La estructura de la atmósfera terrestre.
Mirando al cielo, especialmente cuando está completamente despejado, es muy difícil incluso imaginar que tenga una estructura tan compleja y de múltiples capas, que la temperatura allí en diferentes altitudes sea muy diferente, y qué está sucediendo exactamente allí, en la altitud procesos críticos para toda la flora y fauna de la Tierra.
Si no fuera por una composición tan compleja de la capa de gas del planeta, aquí simplemente no habría vida, ni siquiera la posibilidad de su origen.
Los primeros intentos de estudiar esta parte del mundo circundante los hicieron los antiguos griegos, pero no pudieron ir demasiado lejos en sus conclusiones, ya que no tenían la base técnica necesaria. No vieron los límites de las diferentes capas, no pudieron medir su temperatura, estudiar la composición de sus componentes, etc.
Básicamente, sólo los fenómenos meteorológicos llevaron a las mentes más progresistas a pensar que el cielo visible no es tan simple como parece.
Se cree que la estructura de la capa de gas moderna alrededor de la Tierra se formó en tres etapas. Primero hubo una atmósfera primordial de hidrógeno y helio capturada del espacio exterior.
Luego, las erupciones volcánicas llenaron el aire con una masa de otras partículas y surgió una atmósfera secundaria. Después de pasar por todas las reacciones químicas básicas y procesos de relajación de partículas, surgió la situación actual.
Capas de la atmósfera en orden desde la superficie de la tierra y sus características.
La estructura de la capa de gas del planeta es bastante compleja y diversa. Veámoslo con más detalle, llegando poco a poco a los niveles más altos.
Troposfera
Además de la capa límite, la troposfera es la capa más baja de la atmósfera. Se extiende a una altura de aproximadamente 8 a 10 km sobre la superficie terrestre en las regiones polares, de 10 a 12 km en climas templados y de 16 a 18 km en las zonas tropicales.
Dato interesante: esta distancia puede variar según la época del año; en invierno es ligeramente menor que en verano.
El aire de la troposfera contiene la principal fuerza vivificante para toda la vida en la Tierra. Contiene alrededor del 80% de todo el aire atmosférico disponible, más del 90% del vapor de agua y es aquí donde se forman nubes, ciclones y otros fenómenos atmosféricos.
Es interesante observar la disminución gradual de la temperatura a medida que se asciende desde la superficie del planeta. Los científicos han calculado que por cada 100 m de altitud, la temperatura disminuye entre 0,6 y 0,7 grados.
Estratosfera
La siguiente capa más importante es la estratosfera. La altura de la estratosfera es de aproximadamente 45 a 50 kilómetros. Comienza a 11 km y aquí ya prevalecen temperaturas negativas que alcanzan hasta -57°C.
¿Por qué es importante esta capa para los humanos, todos los animales y plantas? Es aquí, a una altitud de 20 a 25 kilómetros, donde se encuentra la capa de ozono: atrapa los rayos ultravioleta que emanan del sol y reduce su efecto destructivo sobre la flora y la fauna a un nivel aceptable.
Es muy interesante observar que la estratosfera absorbe muchos tipos de radiación que llegan a la Tierra desde el sol, otras estrellas y el espacio exterior. La energía recibida de estas partículas se utiliza para ionizar las moléculas y átomos que se encuentran aquí, y aparecen diversos compuestos químicos.
Todo esto da lugar a un fenómeno tan famoso y colorido como la aurora boreal.
mesosfera
La mesosfera comienza aproximadamente a los 50 y se extiende hasta los 90 kilómetros. El gradiente o diferencia de temperatura con los cambios de altitud ya no es tan grande aquí como en las capas inferiores. En los límites superiores de esta capa la temperatura es de unos -80°C. La composición de esta área incluye aproximadamente un 80% de nitrógeno y un 20% de oxígeno.
Es importante señalar que la mesosfera es una especie de zona muerta para cualquier aparato volador. Los aviones no pueden volar aquí porque el aire es demasiado enrarecido y los satélites no pueden volar a una altitud tan baja, ya que la densidad del aire disponible para ellos es muy alta.
Otro característica interesante mesosfera – Aquí es donde se queman los meteoritos que chocan contra el planeta. El estudio de estas capas alejadas de la Tierra se realiza con la ayuda de cohetes especiales, pero la eficiencia del proceso es baja, por lo que el conocimiento de la región deja mucho que desear.
termosfera
Inmediatamente después viene la capa considerada. la termosfera, cuya altitud en kilómetros se extiende hasta 800 km. En cierto modo, esto es casi el espacio exterior. Aquí hay un impacto agresivo de la radiación cósmica, la radiación, la radiación solar.
Todo esto da lugar a un fenómeno tan maravilloso y hermoso como la aurora.
La capa más baja de la termosfera se calienta a temperaturas de aproximadamente 200 K o más. Esto sucede debido a procesos elementales entre átomos y moléculas, su recombinación y radiación.
Las capas superiores se calientan debido al flujo aquí. tormentas magnéticas, Corrientes eléctricas, que se generan en este caso. La temperatura de la capa es desigual y puede fluctuar de forma muy significativa.
La mayoría de los vuelos ocurren en la termosfera. satélites artificiales, cuerpos balísticos, estaciones tripuladas, etc. Además, aquí se llevan a cabo pruebas de lanzamiento de varios tipos de armas y misiles.
Exosfera
La exosfera, o como también se la llama esfera de dispersión, es el nivel más alto de nuestra atmósfera, su límite, seguido del espacio interplanetario. La exosfera comienza a una altitud de aproximadamente 800-1000 kilómetros.
Las capas densas quedan atrás y aquí el aire está extremadamente enrarecido; las partículas que entran desde el exterior son simplemente arrastradas al espacio debido a la muy débil acción de la gravedad.
Este caparazón termina a una altitud de aproximadamente 3000-3500 km., y aquí ya casi no hay partículas. Esta zona se llama vacío del espacio cercano. Lo que predomina aquí no son partículas individuales en su estado normal, sino plasma, la mayoría de las veces completamente ionizado.
La importancia de la atmósfera en la vida de la Tierra.
Así se ven todos los niveles principales de la atmósfera de nuestro planeta. Su esquema detallado puede incluir otras regiones, pero son de importancia secundaria.
Es importante tener en cuenta que La atmósfera juega un papel decisivo para la vida en la Tierra. Una gran cantidad de ozono en su estratosfera permite que la flora y la fauna escapen de los efectos mortales de la radiación y la radiación del espacio.
También es aquí donde se forma el clima, ocurren todos los fenómenos atmosféricos, surgen y mueren ciclones y vientos, y se establece tal o cual presión. Todo esto tiene un impacto directo en la condición de los seres humanos, de todos los organismos vivos y de las plantas.
La capa más cercana, la troposfera, nos da la oportunidad de respirar, satura todos los seres vivos con oxígeno y les permite vivir. Incluso pequeñas desviaciones en la estructura y composición de los componentes de la atmósfera pueden tener el efecto más perjudicial para todos los seres vivos.
Por eso ahora se ha lanzado una campaña de este tipo contra las emisiones nocivas de los automóviles y la producción, los ecologistas hacen sonar la alarma sobre el espesor de la capa de ozono, el Partido Verde y otros como él abogan por la máxima conservación de la naturaleza. Sólo así se podrá prolongar la vida normal en la Tierra y no hacerla insoportable desde el punto de vista climático.
Su límite superior está a una altitud de 8 a 10 km en latitudes polares, de 10 a 12 km en templadas y de 16 a 18 km en latitudes tropicales; menor en invierno que en verano. La capa principal e inferior de la atmósfera. Contiene más del 80% de la masa total de aire atmosférico y aproximadamente el 90% de todo el vapor de agua presente en la atmósfera. En la troposfera la turbulencia y la convección están muy desarrolladas, aparecen nubes y se desarrollan ciclones y anticiclones. La temperatura disminuye al aumentar la altitud con un gradiente vertical promedio de 0,65°/100 m
Se aceptan como “condiciones normales” en la superficie de la Tierra las siguientes: densidad 1,2 kg/m3, presión barométrica 101,35 kPa, temperatura más 20 °C y humedad relativa 50%. Estos indicadores condicionales tienen un significado puramente técnico.
Estratosfera
Capa de la atmósfera ubicada a una altitud de 11 a 50 km. Se caracteriza por un ligero cambio de temperatura en la capa de 11 a 25 km (capa inferior de la estratosfera) y un aumento de temperatura en la capa de 25 a 40 km de -56,5 a 0,8 ° (capa superior de la estratosfera o región de inversión). Habiendo alcanzado un valor de unos 273 K (casi 0 °C) a una altitud de unos 40 km, la temperatura permanece constante hasta una altitud de unos 55 km. Esta región de temperatura constante se llama estratopausa y es el límite entre la estratosfera y la mesosfera.
estratopausa
La capa límite de la atmósfera entre la estratosfera y la mesosfera. En la distribución vertical de la temperatura hay un máximo (aproximadamente 0 °C).
mesosfera
mesopausia
Capa de transición entre la mesosfera y la termosfera. Hay un mínimo en la distribución vertical de la temperatura (alrededor de -90°C).
Línea Karmán
La altura sobre el nivel del mar, que convencionalmente se acepta como el límite entre la atmósfera terrestre y el espacio.
termosfera
El límite superior es de unos 800 km. La temperatura aumenta a altitudes de 200-300 km, donde alcanza valores del orden de 1500 K, después de lo cual permanece casi constante en altitudes elevadas. Bajo la influencia de la radiación solar ultravioleta y de rayos X y la radiación cósmica, se produce la ionización del aire (" auroras"): las principales regiones de la ionosfera se encuentran dentro de la termosfera. En altitudes superiores a los 300 km predomina el oxígeno atómico.
Exosfera (esfera de dispersión)
Hasta una altitud de 100 km, la atmósfera es una mezcla de gases homogénea y bien mezclada. En las capas superiores, la distribución de los gases en altura depende de su pesos moleculares, la concentración de gases más pesados disminuye más rápidamente con la distancia a la superficie de la Tierra. Debido a la disminución de la densidad del gas, la temperatura desciende de 0 °C en la estratosfera a -110 °C en la mesosfera. Sin embargo energía cinética las partículas individuales a altitudes de 200-250 km corresponden a una temperatura de ~1500°C. Por encima de los 200 km se observan importantes fluctuaciones de temperatura y densidad de gas en el tiempo y el espacio.
A una altitud de unos 2000-3000 km, la exosfera se convierte gradualmente en la llamada cerca del vacío espacial, que está lleno de partículas muy enrarecidas de gas interplanetario, principalmente átomos de hidrógeno. Pero este gas representa sólo una parte de la materia interplanetaria. La otra parte está formada por partículas de polvo de origen cometario y meteórico. Además de las partículas de polvo extremadamente enrarecidas, en este espacio penetra radiación electromagnética y corpuscular de origen solar y galáctico.
La troposfera representa aproximadamente el 80% de la masa de la atmósfera, la estratosfera, aproximadamente el 20%; masa de la mesosfera - no más del 0,3%, termosfera - menos del 0,05% de masa total atmósfera. Según las propiedades eléctricas de la atmósfera, se distinguen la neutronosfera y la ionosfera. Actualmente se cree que la atmósfera se extiende hasta una altitud de 2000-3000 km.
Dependiendo de la composición del gas en la atmósfera, emiten homosfera Y heterosfera. heterosfera- Esta es la zona donde la gravedad afecta la separación de los gases, ya que su mezcla a tal altitud es insignificante. Esto implica una composición variable de la heterosfera. Debajo se encuentra una parte homogénea y bien mezclada de la atmósfera, llamada homósfera. El límite entre estas capas se llama turbopausa y se encuentra a una altitud de unos 120 km.
Propiedades físicas
El espesor de la atmósfera está aproximadamente a 2000 - 3000 km de la superficie de la Tierra. La masa de aire total es (5,1-5,3)?10 18 kg. La masa molar del aire limpio y seco es 28,966. Presión a 0 °C al nivel del mar 101,325 kPa; temperatura crítica ?140,7 °C; presión crítica 3,7 MPa; C p 1,0048?10? J/(kg K)(a 0 °C), C v 0,7159 10? J/(kg K) (a 0 °C). La solubilidad del aire en agua a 0°C es del 0,036%, a 25°C es del 0,22%.
Propiedades fisiológicas y de otro tipo de la atmósfera.
Ya a una altitud de 5 km sobre el nivel del mar, una persona no entrenada comienza a experimentar falta de oxígeno y, sin adaptación, el rendimiento de una persona se reduce significativamente. Aquí termina la zona fisiológica de la atmósfera. La respiración humana se vuelve imposible a una altitud de 15 km, aunque hasta aproximadamente 115 km la atmósfera contiene oxígeno.
La atmósfera nos proporciona el oxígeno necesario para respirar. Sin embargo, debido a la caída de la presión total de la atmósfera, a medida que se asciende en altitud, la presión parcial de oxígeno disminuye en consecuencia.
Los pulmones humanos contienen constantemente unos 3 litros de aire alveolar. La presión parcial de oxígeno en el aire alveolar a presión atmosférica normal es de 110 mmHg. Art., Presión de dióxido de carbono - 40 mm Hg. Art., Y vapor de agua - 47 mm Hg. Arte. A medida que aumenta la altitud, la presión de oxígeno disminuye y la presión de vapor total de agua y dióxido de carbono en los pulmones permanece casi constante: alrededor de 87 mm Hg. Arte. El suministro de oxígeno a los pulmones se detendrá por completo cuando la presión del aire ambiente sea igual a este valor.
A una altitud de unos 19-20 km, la presión atmosférica desciende a 47 mm Hg. Arte. Por tanto, a esta altitud, el agua y el líquido intersticial comienzan a hervir en el cuerpo humano. Fuera de la cabina presurizada a estas altitudes, la muerte ocurre casi instantáneamente. Así, desde el punto de vista de la fisiología humana, el “espacio” comienza ya a una altitud de 15 a 19 km.
Las densas capas de aire (la troposfera y la estratosfera) nos protegen de los efectos dañinos de la radiación. Con suficiente rarefacción del aire, a altitudes de más de 36 km, la radiación ionizante tiene un efecto intenso en el cuerpo: primario rayos cósmicos; A altitudes de más de 40 km, la parte ultravioleta del espectro solar es peligrosa para los humanos.
A medida que nos elevamos a una altura cada vez mayor sobre la superficie de la Tierra, fenómenos tan familiares que se observan en las capas inferiores de la atmósfera como la propagación del sonido, la aparición de sustentación y resistencia aerodinámica, la transferencia de calor por convección, etc., se debilitan gradualmente y luego desaparecen por completo. .
En capas de aire enrarecido, la propagación del sonido es imposible. Hasta altitudes de 60 a 90 km, todavía es posible utilizar la resistencia del aire y la sustentación para un vuelo aerodinámico controlado. Pero a partir de altitudes de 100 a 130 km, los conceptos de número M y barrera del sonido, familiares para todo piloto, pierden su significado; pasa la convencional Línea Karman, más allá de la cual comienza la esfera del vuelo puramente balístico, que sólo puede controlarse mediante fuerzas reactivas.
En altitudes superiores a los 100 km, la atmósfera carece de otra propiedad notable: la capacidad de absorber, conducir y transmitir. energía térmica por convección (es decir, mezclando aire). Esto significa que varios elementos de equipos, equipos orbitales estación Espacial no podrá enfriar el exterior como se hace habitualmente en un avión, con la ayuda de chorros de aire y radiadores de aire. A esta altitud, como en el espacio en general, la única forma de transferir calor es la radiación térmica.
Composición atmosférica
La atmósfera terrestre se compone principalmente de gases y diversas impurezas (polvo, gotas de agua, cristales de hielo, sales marinas, productos de combustión).
La concentración de gases que componen la atmósfera es casi constante, a excepción del agua (H 2 O) y el dióxido de carbono (CO 2).
| Gas | Contenido por volumen,% |
Contenido por peso,% |
|---|---|---|
| Nitrógeno | 78,084 | 75,50 |
| Oxígeno | 20,946 | 23,10 |
| Argón | 0,932 | 1,286 |
| Agua | 0,5-4 | - |
| Dióxido de carbono | 0,032 | 0,046 |
| Neón | 1.818×10-3 | 1,3×10-3 |
| Helio | 4,6×10-4 | 7,2×10-5 |
| Metano | 1,7×10-4 | - |
| Criptón | 1,14×10-4 | 2,9×10-4 |
| Hidrógeno | 5×10-5 | 7,6×10-5 |
| Xenón | 8,7×10-6 | - |
| Óxido nitroso | 5×10-5 | 7,7×10-5 |
Además de los gases indicados en la tabla, la atmósfera contiene SO 2, NH 3, CO, ozono, hidrocarburos, HCl, vapores, I 2, así como muchos otros gases en pequeñas cantidades. La troposfera contiene constantemente una gran cantidad de partículas sólidas y líquidas en suspensión (aerosoles).
Historia de la formación atmosférica.
Según la teoría más común, la atmósfera terrestre ha tenido cuatro composiciones diferentes a lo largo del tiempo. Inicialmente, estaba formado por gases ligeros (hidrógeno y helio) capturados del espacio interplanetario. Este es el llamado atmósfera primaria(hace unos cuatro mil millones de años). En la siguiente etapa, la actividad volcánica activa provocó la saturación de la atmósfera con gases distintos del hidrógeno (dióxido de carbono, amoníaco, vapor de agua). Así se formó atmósfera secundaria(unos tres mil millones de años antes de la actualidad). Esta atmósfera fue reconfortante. Además, el proceso de formación de la atmósfera estuvo determinado por los siguientes factores:
- fuga de gases ligeros (hidrógeno y helio) al espacio interplanetario;
- reacciones químicas que ocurren en la atmósfera bajo la influencia de la radiación ultravioleta, descargas de rayos y algunos otros factores.
Poco a poco estos factores condujeron a la formación atmósfera terciaria, caracterizado por un contenido mucho menor de hidrógeno y un contenido mucho mayor de nitrógeno y dióxido de carbono (formado como resultado de reacciones químicas a partir de amoníaco e hidrocarburos).
Nitrógeno
La formación de una gran cantidad de N 2 se debe a la oxidación de la atmósfera de amoníaco-hidrógeno por el O 2 molecular, que comenzó a emerger de la superficie del planeta como resultado de la fotosíntesis, que comenzó hace 3 mil millones de años. El N2 también se libera a la atmósfera como resultado de la desnitrificación de nitratos y otros compuestos que contienen nitrógeno. El ozono oxida el nitrógeno a NO en la atmósfera superior.
El nitrógeno N 2 reacciona solo en condiciones específicas (por ejemplo, durante la descarga de un rayo). La oxidación del nitrógeno molecular por el ozono durante las descargas eléctricas se utiliza en la producción industrial de fertilizantes nitrogenados. Oxidarlo con bajo consumo energético y convertirlo en biológico. forma activa Cianobacterias (algas verdiazules) y bacterias nódulos que forman simbiosis rizobia con leguminosas, las llamadas. abono verde.
Oxígeno
La composición de la atmósfera comenzó a cambiar radicalmente con la aparición de organismos vivos en la Tierra, como resultado de la fotosíntesis, acompañada de la liberación de oxígeno y la absorción de dióxido de carbono. Inicialmente, el oxígeno se gastaba en la oxidación de compuestos reducidos: amoníaco, hidrocarburos, hierro ferroso contenido en los océanos, etc. este escenario El contenido de oxígeno en la atmósfera comenzó a aumentar. Poco a poco se fue formando una atmósfera moderna con propiedades oxidantes. Debido a que provocó cambios importantes y abruptos en muchos procesos que ocurren en la atmósfera, la litosfera y la biosfera, el evento se denominó Desastre del Oxígeno.
Dióxido de carbono
El contenido de CO 2 en la atmósfera depende de la actividad volcánica y de los procesos químicos en las capas terrestres, pero sobre todo, de la intensidad de la biosíntesis y descomposición de la materia orgánica en la biosfera terrestre. Casi toda la biomasa actual del planeta (unas 2,4 × 10 12 toneladas) se forma a partir del dióxido de carbono, el nitrógeno y el vapor de agua contenidos en el aire atmosférico. Los compuestos orgánicos enterrados en el océano, los pantanos y los bosques se convierten en carbón, petróleo y gas natural. (ver ciclo geoquímico del carbono)
Gases nobles
La contaminación del aire
Recientemente, el ser humano ha comenzado a influir en la evolución de la atmósfera. El resultado de sus actividades fue un aumento significativo constante en el contenido de dióxido de carbono en la atmósfera debido a la combustión de combustibles de hidrocarburos acumulados en eras geológicas anteriores. Durante la fotosíntesis se consumen enormes cantidades de CO 2 y los océanos del mundo lo absorben. Este gas ingresa a la atmósfera por la descomposición de rocas carbonatadas y sustancias orgánicas de origen vegetal y animal, así como por el vulcanismo y la actividad industrial humana. En los últimos 100 años, el contenido de CO 2 en la atmósfera ha aumentado un 10%, y la mayor parte (360 mil millones de toneladas) proviene de la quema de combustibles. Si continúa la tasa de crecimiento de la quema de combustibles, en los próximos 50 a 60 años la cantidad de CO 2 en la atmósfera se duplicará y podría provocar un cambio climático global.
La quema de combustibles es la principal fuente de gases contaminantes (CO, SO2). El dióxido de azufre es oxidado por el oxígeno atmosférico a SO 3 en las capas superiores de la atmósfera, que a su vez interactúa con agua y vapor de amoníaco, y el ácido sulfúrico resultante (H 2 SO 4) y sulfato de amonio ((NH 4) 2 SO 4 ) regresan a la superficie de la Tierra en forma de los llamados. lluvia ácida. Uso
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