La parte più alta dell'atmosfera. Gli strati principali dell'atmosfera terrestre in ordine ascendente

Troposfera

Il suo limite superiore è ad un'altitudine di 8-10 km alle latitudini polari, 10-12 km alle latitudini temperate e 16-18 km alle latitudini tropicali; più basso in inverno che in estate. Lo strato inferiore e principale dell'atmosfera contiene più dell'80% della massa totale dell'aria atmosferica e circa il 90% del vapore acqueo totale presente nell'atmosfera. Nella troposfera la turbolenza e la convezione sono molto sviluppate, si formano le nuvole e si sviluppano cicloni e anticicloni. La temperatura diminuisce con l'aumentare della quota con un dislivello verticale medio di 0,65°/100 m

Tropopausa

Lo strato di transizione dalla troposfera alla stratosfera, uno strato dell'atmosfera in cui si arresta la diminuzione della temperatura con l'altezza.

Stratosfera

Uno strato dell'atmosfera situato ad un'altitudine compresa tra 11 e 50 km. Caratterizzato da un leggero cambiamento di temperatura nello strato di 11-25 km (strato inferiore della stratosfera) e da un aumento di temperatura nello strato di 25-40 km da −56,5 a 0,8 ° C (strato superiore della stratosfera o regione di inversione) . Avendo raggiunto un valore di circa 273 K (quasi 0 °C) ad una quota di circa 40 km, la temperatura rimane costante fino a una quota di circa 55 km. Questa regione a temperatura costante è chiamata stratopausa e costituisce il confine tra la stratosfera e la mesosfera.

Stratopausa

Lo strato limite dell'atmosfera tra la stratosfera e la mesosfera. Nella distribuzione verticale della temperatura c'è un massimo (circa 0 °C).

Mesosfera

La mesosfera inizia ad un'altitudine di 50 km e si estende fino a 80-90 km. La temperatura diminuisce con l'altezza con un gradiente verticale medio di (0,25-0,3)°/100 m. Il principale processo energetico è il trasferimento di calore radiante. Processi fotochimici complessi che coinvolgono radicali liberi, molecole eccitate dalle vibrazioni, ecc. causano la luminescenza atmosferica.

Mesopausa

Strato di transizione tra mesosfera e termosfera. C'è un minimo nella distribuzione verticale della temperatura (circa -90 °C).

Linea Karman

L'altezza sopra il livello del mare, che è convenzionalmente accettata come confine tra l'atmosfera terrestre e lo spazio. La linea Karman si trova ad un'altitudine di 100 km sul livello del mare.

Confine dell'atmosfera terrestre

Termosfera

Il limite superiore è di circa 800 km. La temperatura sale fino a quote di 200-300 km, dove raggiunge valori dell'ordine di 1500 K, dopodiché si mantiene pressoché costante fino a quote elevate. Sotto l'influenza della radiazione solare ultravioletta e dei raggi X e della radiazione cosmica, si verifica la ionizzazione dell'aria ("aurore"): le principali regioni della ionosfera si trovano all'interno della termosfera. Ad altitudini superiori a 300 km predomina l'ossigeno atomico. Il limite superiore della termosfera è in gran parte determinato dall'attuale attività del Sole. Durante i periodi di scarsa attività si verifica una notevole diminuzione delle dimensioni di questo strato.

Termopausa

La regione dell'atmosfera adiacente alla termosfera. In questa regione l'assorbimento della radiazione solare è trascurabile e la temperatura infatti non cambia con l'altitudine.

Esosfera (sfera di diffusione)

Strati atmosferici fino a 120 km di altitudine

L'esosfera è una zona di dispersione, la parte esterna della termosfera, situata al di sopra dei 700 km. Il gas nell'esosfera è molto rarefatto e da qui le sue particelle fuoriescono nello spazio interplanetario (dissipazione).

Fino ad un'altitudine di 100 km l'atmosfera è una miscela di gas omogenea e ben miscelata. Negli strati più alti, la distribuzione dei gas in altezza dipende dalla loro pesi molecolari, la concentrazione dei gas più pesanti diminuisce più velocemente con la distanza dalla superficie terrestre. A causa della diminuzione della densità del gas, la temperatura scende da 0 °C nella stratosfera a -110 °C nella mesosfera. Tuttavia energia cinetica le singole particelle ad altitudini di 200-250 km corrispondono ad una temperatura di ~150 °C. Al di sopra dei 200 km si osservano fluttuazioni significative della temperatura e della densità del gas nel tempo e nello spazio.

Ad un'altitudine di circa 2000-3500 km, l'esosfera si trasforma gradualmente nel cosiddetto vuoto quasi spaziale, che è pieno di particelle altamente rarefatte di gas interplanetario, principalmente atomi di idrogeno. Ma questo gas rappresenta solo una parte della materia interplanetaria. L'altra parte è costituita da particelle di polvere di origine cometaria e meteorica. In questo spazio penetrano, oltre alle particelle di polvere estremamente rarefatte, anche radiazioni elettromagnetiche e corpuscolari di origine solare e galattica.

La troposfera rappresenta circa l'80% della massa dell'atmosfera, la stratosfera circa il 20%; massa della mesosfera - non più dello 0,3%, termosfera - meno dello 0,05%. massa totale atmosfera. In base alle proprietà elettriche dell'atmosfera si distinguono la neutronosfera e la ionosfera. Attualmente si ritiene che l'atmosfera si estenda fino ad un'altitudine di 2000-3000 km.

A seconda della composizione del gas nell'atmosfera si distinguono omosfera ed eterosfera. L'eterosfera è un'area in cui la gravità influisce sulla separazione dei gas, poiché la loro miscelazione a tale altezza è trascurabile. Ciò implica una composizione variabile dell'eterosfera. Al di sotto si trova una parte ben miscelata e omogenea dell'atmosfera chiamata omosfera. Il confine tra questi strati è chiamato turbopausa; si trova ad un'altitudine di circa 120 km.

L’atmosfera è ciò che rende possibile la vita sulla Terra. Riceviamo le primissime informazioni e fatti sull'atmosfera scuola elementare. Al liceo acquisiamo più familiarità con questo concetto durante le lezioni di geografia.

Concetto di atmosfera terrestre

Non solo la Terra ha un'atmosfera, ma anche altro corpi celestiali. Questo è il nome dato al guscio gassoso che circonda i pianeti. La composizione di questo strato di gas varia in modo significativo tra i pianeti. Diamo un'occhiata alle informazioni e ai fatti di base sull'aria altrimenti chiamata.

Il suo componente più importante è l'ossigeno. Alcune persone pensano erroneamente che l'atmosfera terrestre sia costituita interamente da ossigeno, ma in realtà l'aria è una miscela di gas. Contiene il 78% di azoto e il 21% di ossigeno. Il restante 1% comprende ozono, argon, anidride carbonica e vapore acqueo. Anche se la percentuale di questi gas è piccola, svolgono una funzione importante: assorbono una parte significativa dell'energia radiante solare, impedendo così alla stella di trasformare in cenere tutta la vita sul nostro pianeta. Le proprietà dell'atmosfera cambiano a seconda dell'altitudine. Ad esempio, ad un'altitudine di 65 km, l'azoto è pari all'86% e l'ossigeno al 19%.

Composizione dell'atmosfera terrestre

• Diossido di carbonio necessari per la nutrizione delle piante. Appare nell'atmosfera come risultato del processo di respirazione degli organismi viventi, della putrefazione e della combustione. La sua assenza nell'atmosfera renderebbe impossibile l'esistenza di qualsiasi pianta.
• Ossigeno- una componente vitale dell'atmosfera per l'uomo. La sua presenza è una condizione per l'esistenza di tutti gli organismi viventi. Costituisce circa il 20% del volume totale dei gas atmosferici.
• Ozonoè un assorbitore naturale della radiazione ultravioletta solare, che ha un effetto dannoso sugli organismi viventi. La maggior parte forma uno strato separato dell'atmosfera: lo schermo dell'ozono. IN Ultimamente l'attività umana porta al fatto che inizia a collassare gradualmente, ma poiché è di grande importanza, viene eseguita lavoro attivo per la sua conservazione e restauro.
• vapore acqueo determina l'umidità dell'aria. Il suo contenuto può variare in base a vari fattori: temperatura dell'aria, ubicazione territoriale, stagione. A basse temperature c'è pochissimo vapore acqueo nell'aria, forse meno dell'1%, mentre ad alte temperature la sua quantità raggiunge il 4%.
• Oltre a tutto quanto sopra, la composizione atmosfera terrestre c'è sempre una certa percentuale impurità solide e liquide. Si tratta di fuliggine, cenere, sale marino, polvere, gocce d'acqua, microrganismi. Possono entrare nell'aria sia naturalmente che antropicamente.

Strati dell'atmosfera

La temperatura, la densità e la composizione qualitativa dell'aria non sono le stesse a diverse altitudini. Per questo motivo è consuetudine distinguere diversi strati dell'atmosfera. Ognuno di loro ha le sue caratteristiche. Scopriamo quali strati dell'atmosfera si distinguono:

• Troposfera: questo strato dell'atmosfera è il più vicino alla superficie terrestre. La sua altezza è di 8-10 km sopra i poli e di 16-18 km ai tropici. Qui si trova il 90% di tutto il vapore acqueo nell'atmosfera, quindi si verifica la formazione attiva di nuvole. Anche in questo strato si osservano processi come il movimento dell'aria (vento), la turbolenza e la convezione. Le temperature vanno dai +45 gradi a mezzogiorno nella stagione calda ai tropici ai -65 gradi ai poli.
• La stratosfera è il secondo strato più distante dell'atmosfera. Situato ad un'altitudine compresa tra 11 e 50 km. Nello strato inferiore della stratosfera la temperatura è di circa -55, allontanandosi dalla Terra sale a +1˚С; Questa regione è chiamata inversione ed è il confine tra la stratosfera e la mesosfera.
• La mesosfera si trova ad un'altitudine compresa tra 50 e 90 km. La temperatura al limite inferiore è di circa 0, al limite superiore raggiunge -80...-90 ˚С. I meteoriti che entrano nell'atmosfera terrestre bruciano completamente nella mesosfera, provocando qui la formazione di bagliori d'aria.
• La termosfera ha uno spessore di circa 700 km. L'aurora boreale appare in questo strato dell'atmosfera. Appaiono a causa dell'influenza della radiazione cosmica e della radiazione proveniente dal Sole.
• L'esosfera è la zona di dispersione dell'aria. Qui la concentrazione di gas è piccola e gradualmente fuggono nello spazio interplanetario.

Il confine tra l'atmosfera terrestre e spazio La linea è considerata di 100 km. Questa linea è chiamata linea Karman.

Pressione atmosferica

Quando ascoltiamo le previsioni del tempo, spesso sentiamo le letture della pressione barometrica. Ma cosa significa pressione atmosferica e come può influenzarci?

Abbiamo scoperto che l'aria è composta da gas e impurità. Ciascuno di questi componenti ha il proprio peso, il che significa che l'atmosfera non è priva di peso, come si credeva fino al XVII secolo. La pressione atmosferica è la forza con cui tutti gli strati dell'atmosfera premono sulla superficie della Terra e su tutti gli oggetti.

Gli scienziati hanno effettuato calcoli complessi e lo hanno dimostrato metro quadro Nell'area l'atmosfera preme con una forza di 10.333 kg. Ciò significa che il corpo umano è soggetto alla pressione dell'aria, il cui peso è di 12-15 tonnellate. Perché non lo sentiamo? È la nostra pressione interna che ci salva, che equilibra quella esterna. Puoi sentire la pressione dell'atmosfera mentre sei in aereo o in alta montagna, poiché la pressione atmosferica in quota è molto inferiore. In questo caso sono possibili disturbi fisici, orecchie bloccate e vertigini.

Si può dire molto sull'atmosfera circostante. Conosciamo molti fatti interessanti su di lei e alcuni di essi potrebbero sembrare sorprendenti:

• Il peso dell'atmosfera terrestre è di 5.300.000.000.000.000 di tonnellate.
• Promuove la trasmissione del suono. Ad un'altitudine di oltre 100 km, questa proprietà scompare a causa dei cambiamenti nella composizione dell'atmosfera.
• Il movimento dell'atmosfera è provocato dal riscaldamento non uniforme della superficie terrestre.
• Per determinare la temperatura dell'aria viene utilizzato un termometro e per determinare la pressione atmosferica viene utilizzato un barometro.
• La presenza di un'atmosfera salva ogni giorno il nostro pianeta da 100 tonnellate di meteoriti.
• La composizione dell'aria rimase fissa per diverse centinaia di milioni di anni, ma cominciò a cambiare con l'inizio della rapida attività industriale.
• Si ritiene che l'atmosfera si estenda verso l'alto fino a un'altezza di 3000 km.

L'importanza dell'atmosfera per l'uomo

La zona fisiologica dell'atmosfera è di 5 km. Ad un'altitudine di 5000 m sul livello del mare, una persona inizia a sperimentare la carenza di ossigeno, che si esprime in una diminuzione delle prestazioni e nel deterioramento del benessere. Ciò dimostra che una persona non può sopravvivere in uno spazio dove non è presente questa straordinaria miscela di gas.

Tutte le informazioni e i fatti sull'atmosfera confermano solo la sua importanza per le persone. Grazie alla sua presenza è diventato possibile lo sviluppo della vita sulla Terra. Già oggi, dopo aver valutato l’entità del danno che l’umanità è in grado di causare con le sue azioni all’aria vivificante, dovremmo pensare a ulteriori misure per preservare e ripristinare l’atmosfera.

Al livello del mare 1013,25 hPa (circa 760 mmHg). La temperatura media globale dell'aria sulla superficie terrestre è di 15°C, con temperature che variano da circa 57°C nei deserti subtropicali a -89°C in Antartide. La densità e la pressione dell'aria diminuiscono con l'altezza secondo una legge quasi esponenziale.

La struttura dell'atmosfera. Verticalmente, l'atmosfera ha una struttura a strati, determinata principalmente dalle caratteristiche della distribuzione verticale della temperatura (figura), che dipende dalla posizione geografica, dalla stagione, dall'ora del giorno e così via. Lo strato inferiore dell'atmosfera - la troposfera - è caratterizzato da un calo della temperatura con l'altezza (di circa 6°C per 1 km), la sua altezza va da 8-10 km alle latitudini polari a 16-18 km ai tropici. A causa della rapida diminuzione della densità dell'aria con l'altezza, circa l'80% della massa totale dell'atmosfera si trova nella troposfera. Al di sopra della troposfera si trova la stratosfera, uno strato generalmente caratterizzato da un aumento della temperatura con l'altezza. Lo strato di transizione tra la troposfera e la stratosfera è chiamato tropopausa. Nella bassa stratosfera, fino a una quota di circa 20 km, la temperatura cambia poco con l'altezza (la cosiddetta regione isotermica) e spesso diminuisce anche leggermente. Al di sopra di ciò, la temperatura aumenta a causa dell'assorbimento della radiazione UV del Sole da parte dell'ozono, inizialmente lentamente e più velocemente a partire da un livello di 34-36 km. Il limite superiore della stratosfera - la stratopausa - si trova ad un'altitudine di 50-55 km, corrispondente alla temperatura massima (260-270 K). Lo strato dell'atmosfera situato ad un'altitudine di 55-85 km, dove la temperatura scende nuovamente con l'altezza, è chiamato mesosfera, al suo limite superiore - la mesopausa - la temperatura raggiunge i 150-160 K in estate, e 200-230; K in inverno Al di sopra della mesopausa inizia la termosfera, uno strato caratterizzato da un rapido aumento della temperatura, che raggiunge 800-1200 K ad un'altitudine di 250 km Nella termosfera vengono assorbite le radiazioni corpuscolari e dei raggi X del Sole. le meteore vengono rallentate e bruciate, quindi agisce come uno strato protettivo della Terra. Ancora più alta è l'esosfera, da dove i gas atmosferici vengono dispersi nello spazio per dissipazione e dove avviene una transizione graduale dall'atmosfera allo spazio interplanetario.

Composizione atmosferica. Fino ad una quota di circa 100 km l'atmosfera è pressoché omogenea nella composizione chimica ed il peso molecolare medio dell'aria (circa 29) è costante. In prossimità della superficie terrestre, l'atmosfera è costituita da azoto (circa 78,1% in volume) e ossigeno (circa 20,9%), e contiene anche piccole quantità di argon, anidride carbonica ( diossido di carbonio), neon ed altri componenti costanti e variabili (vedi Aria).

Inoltre l'atmosfera contiene piccole quantità di ozono, ossidi di azoto, ammoniaca, radon, ecc. Il contenuto relativo dei principali componenti dell'aria è costante nel tempo ed uniforme nelle diverse aree geografiche. Il contenuto di vapore acqueo e di ozono è variabile nello spazio e nel tempo; Nonostante il loro basso contenuto, il loro ruolo nei processi atmosferici è molto significativo.

Al di sopra dei 100-110 km avviene la dissociazione delle molecole di ossigeno, anidride carbonica e vapore acqueo, per cui la massa molecolare dell'aria diminuisce. Ad un'altitudine di circa 1000 km, i gas leggeri - elio e idrogeno - iniziano a predominare, e ancora più in alto l'atmosfera terrestre si trasforma gradualmente in gas interplanetario.

La componente variabile più importante dell'atmosfera è il vapore acqueo, che entra nell'atmosfera attraverso l'evaporazione dalla superficie dell'acqua e dal suolo umido, nonché attraverso la traspirazione delle piante. Il contenuto relativo di vapore acqueo varia sulla superficie terrestre dal 2,6% ai tropici allo 0,2% alle latitudini polari. Cade rapidamente con l'altezza, diminuendo della metà già ad un'altitudine di 1,5-2 km. La colonna verticale dell'atmosfera alle latitudini temperate contiene circa 1,7 cm di “strato di acqua precipitata”. Quando il vapore acqueo si condensa, si formano le nuvole, da cui cadono le precipitazioni atmosferiche sotto forma di pioggia, grandine e neve.

Una componente importante dell'aria atmosferica è l'ozono, concentrato per il 90% nella stratosfera (tra 10 e 50 km), di cui circa il 10% nella troposfera. L'ozono fornisce l'assorbimento della radiazione UV dura (con una lunghezza d'onda inferiore a 290 nm), e questo è il suo ruolo protettivo per la biosfera. I valori del contenuto totale di ozono variano a seconda della latitudine e della stagione nell'intervallo da 0,22 a 0,45 cm (lo spessore dello strato di ozono a pressione p = 1 atm e temperatura T = 0°C). Nei buchi dell'ozono osservati in primavera in Antartide dall'inizio degli anni '80, il contenuto di ozono può scendere fino a 0,07 cm. Aumenta dall'equatore ai poli e ha un ciclo annuale con un massimo in primavera e un minimo in autunno, e l'ampiezza di. il ciclo annuale è piccolo ai tropici e cresce verso le alte latitudini. Una componente variabile significativa dell'atmosfera è l'anidride carbonica, il cui contenuto nell'atmosfera è aumentato del 35% negli ultimi 200 anni, il che è dovuto principalmente al fattore antropico. Si osserva la sua variabilità latitudinale e stagionale, associata alla fotosintesi delle piante e alla solubilità in acqua di mare (secondo la legge di Henry, la solubilità di un gas in acqua diminuisce con l’aumentare della temperatura).

Ruolo importante L’aerosol atmosferico – particelle solide e liquide sospese nell’aria con dimensioni che vanno da diversi nm a decine di micron – svolge un ruolo nel modellare il clima del pianeta. Esistono aerosol di origine naturale e antropica. L'aerosol si forma nel processo di reazioni in fase gassosa dai prodotti della vita vegetale e dell'attività economica umana, eruzioni vulcaniche, a seguito della polvere che si solleva dal vento dalla superficie del pianeta, in particolare dalle sue regioni desertiche, ed è anche formato dalla polvere cosmica che cade negli strati superiori dell'atmosfera. La maggior parte dell'aerosol è concentrato nella troposfera; l'aerosol proveniente dalle eruzioni vulcaniche forma il cosiddetto strato Junge ad un'altitudine di circa 20 km. Quantità più grande L'aerosol antropogenico entra nell'atmosfera a seguito del funzionamento di veicoli e centrali termoelettriche, produzione chimica, combustione di carburante, ecc. Pertanto, in alcune aree, la composizione dell'atmosfera è notevolmente diversa dall'aria ordinaria, che ha richiesto la creazione di un servizio speciale per l'osservazione e il monitoraggio del livello di inquinamento atmosferico.

Evoluzione dell'atmosfera. L'atmosfera moderna è apparentemente di origine secondaria: si è formata dai gas rilasciati dal guscio solido della Terra dopo che la formazione del pianeta fu completata circa 4,5 miliardi di anni fa. Durante storia geologica L'atmosfera terrestre ha subito cambiamenti significativi nella sua composizione sotto l'influenza di una serie di fattori: dissipazione (volatilizzazione) dei gas, principalmente quelli più leggeri, nello spazio; rilascio di gas dalla litosfera a seguito dell'attività vulcanica; reazioni chimiche tra le componenti dell’atmosfera e le rocce che compongono la crosta terrestre; reazioni fotochimiche nell'atmosfera stessa sotto l'influenza della radiazione UV solare; accrescimento (cattura) di materia dal mezzo interplanetario (ad esempio, materia meteorica). Lo sviluppo dell'atmosfera è strettamente legato ai processi geologici e geochimici e, negli ultimi 3-4 miliardi di anni, anche all'attività della biosfera. Una parte significativa dei gas che compongono l'atmosfera moderna (azoto, anidride carbonica, vapore acqueo) è nata durante l'attività vulcanica e l'intrusione, che li ha trasportati dalle profondità della Terra. L'ossigeno è apparso in quantità apprezzabili circa 2 miliardi di anni fa a seguito dell'attività di organismi fotosintetici originati originariamente in acque superficiali oceano.

Sulla base dei dati sulla composizione chimica dei depositi di carbonato, sono state ottenute stime della quantità di anidride carbonica e ossigeno nell'atmosfera del passato geologico. Durante il Fanerozoico (gli ultimi 570 milioni di anni di storia della Terra), la quantità di anidride carbonica nell'atmosfera variava ampiamente a seconda del livello di attività vulcanica, della temperatura dell'oceano e del tasso di fotosintesi. Per la maggior parte di questo tempo, la concentrazione di anidride carbonica nell’atmosfera è stata significativamente più alta di oggi (fino a 10 volte). La quantità di ossigeno nell'atmosfera del Fanerozoico è cambiata in modo significativo, con una tendenza prevalente al suo aumento. Nell'atmosfera precambriana, la massa di anidride carbonica era, di regola, maggiore e la massa di ossigeno era inferiore rispetto all'atmosfera fanerozoica. Le fluttuazioni nella quantità di anidride carbonica hanno avuto un impatto significativo sul clima in passato, aumentando l'effetto serra con l'aumento delle concentrazioni di anidride carbonica, rendendo il clima molto più caldo in tutta la parte principale del Fanerozoico rispetto all'era moderna.

Atmosfera e vita. Senza atmosfera, la Terra sarebbe un pianeta morto. La vita organica si verifica in stretta interazione con l'atmosfera e il clima e il tempo ad essa associati. Insignificante in massa rispetto al pianeta nel suo insieme (circa una parte su un milione), l'atmosfera è una condizione indispensabile per tutte le forme di vita. I gas atmosferici più importanti per la vita degli organismi sono l'ossigeno, l'azoto, il vapore acqueo, l'anidride carbonica e l'ozono. Quando l’anidride carbonica viene assorbita dalle piante fotosintetiche, si crea materia organica, che viene utilizzata come fonte di energia dalla stragrande maggioranza degli esseri viventi, compreso l’uomo. L'ossigeno è necessario per l'esistenza degli organismi aerobici, per i quali il flusso di energia è fornito dalle reazioni di ossidazione materia organica. L'azoto, assimilato da alcuni microrganismi (fissatori di azoto), è necessario per la nutrizione minerale delle piante. L’ozono, che assorbe la forte radiazione UV del Sole, indebolisce significativamente questa parte della radiazione solare dannosa per la vita. La condensazione del vapore acqueo nell'atmosfera, la formazione delle nubi e le conseguenti precipitazioni forniscono alla terra l'acqua, senza la quale non è possibile alcuna forma di vita. L'attività vitale degli organismi nell'idrosfera è in gran parte determinata dalla quantità e Composizione chimica gas atmosferici disciolti nell’acqua. Poiché la composizione chimica dell'atmosfera dipende in modo significativo dalle attività degli organismi, la biosfera e l'atmosfera possono essere considerate come parte di un unico sistema, il cui mantenimento ed evoluzione (vedi Cicli biogeochimici) sono stati di grande importanza per modificare la composizione dell'atmosfera. atmosfera nel corso della storia della Terra come pianeta.

Bilanci radiativi, termici e idrici dell'atmosfera. La radiazione solare è praticamente l'unica fonte di energia per tutti i processi fisici nell'atmosfera. La caratteristica principale del regime di radiazione dell'atmosfera è il cosiddetto effetto serra: l'atmosfera trasmette abbastanza bene la radiazione solare alla superficie terrestre, ma assorbe attivamente la radiazione termica a onde lunghe dalla superficie terrestre, parte della quale ritorna in superficie sotto forma di controradiazione, compensando la perdita di calore radiativo da parte della superficie terrestre (vedi Radiazione atmosferica ). In assenza di atmosfera, la temperatura media della superficie terrestre sarebbe di -18°C, ma in realtà è di 15°C. La radiazione solare in arrivo viene parzialmente (circa il 20%) assorbita nell'atmosfera (principalmente da vapore acqueo, gocce d'acqua, anidride carbonica, ozono e aerosol) ed è anche diffusa (circa il 7%) da particelle di aerosol e fluttuazioni di densità (scattering Rayleigh) . La radiazione totale che raggiunge la superficie terrestre viene parzialmente riflessa (circa il 23%) da essa. Il coefficiente di riflettanza è determinato dalla riflettività della superficie sottostante, il cosiddetto albedo. In media, l'albedo terrestre per il flusso integrale della radiazione solare è vicino al 30%. Varia da pochi punti percentuali (terreni asciutti e terreni neri) al 70-90% per la neve fresca. Lo scambio termico radiativo tra la superficie terrestre e l'atmosfera dipende in modo significativo dall'albedo ed è determinato dalla radiazione effettiva della superficie terrestre e dalla controradiazione dell'atmosfera da essa assorbita. La somma algebrica dei flussi di radiazione che entrano nell'atmosfera terrestre dallo spazio e ne escono indietro è chiamata bilancio della radiazione.

Le trasformazioni della radiazione solare dopo il suo assorbimento da parte dell'atmosfera e della superficie terrestre determinano il bilancio termico della Terra come pianeta. La principale fonte di calore per l'atmosfera è la superficie terrestre; il calore che ne deriva viene trasferito non solo sotto forma di radiazione a onde lunghe, ma anche per convezione e viene rilasciato anche durante la condensazione del vapore acqueo. Le quote di questi afflussi di calore sono rispettivamente in media del 20%, 7% e 23%. Qui viene aggiunto anche circa il 20% del calore a causa dell'assorbimento della radiazione solare diretta. Il flusso di radiazione solare per unità di tempo attraverso una singola area perpendicolare ai raggi solari e situata al di fuori dell'atmosfera ad una distanza media dalla Terra al Sole (la cosiddetta costante solare) è pari a 1367 W/m2, le variazioni sono 1-2 W/m2 a seconda del ciclo di attività solare. Con un’albedo planetario di circa il 30%, l’afflusso globale medio nel tempo di energia solare sul pianeta è di 239 W/m2. Poiché la Terra come pianeta emette in media la stessa quantità di energia nello spazio, secondo la legge di Stefan-Boltzmann, la temperatura effettiva della radiazione termica a onde lunghe in uscita è di 255 K (-18 ° C). Allo stesso tempo, la temperatura media della superficie terrestre è di 15°C. La differenza di 33°C è dovuta all'effetto serra.

Il bilancio idrico dell'atmosfera corrisponde generalmente all'uguaglianza tra la quantità di umidità evaporata dalla superficie terrestre e la quantità di precipitazioni che cadono sulla superficie terrestre. L'atmosfera sopra gli oceani riceve più umidità dai processi di evaporazione che sulla terraferma e ne perde il 90% sotto forma di precipitazioni. Il vapore acqueo in eccesso sugli oceani viene trasportato verso i continenti dalle correnti d'aria. La quantità di vapore acqueo trasferito nell’atmosfera dagli oceani ai continenti è pari al volume dei fiumi che sfociano negli oceani.

Movimento dell'aria. La Terra è sferica, quindi alle sue alte latitudini raggiunge molta meno radiazione solare rispetto ai tropici. Di conseguenza, si creano grandi contrasti di temperatura tra le latitudini. La distribuzione della temperatura è influenzata in modo significativo anche dalle posizioni relative degli oceani e dei continenti. A causa della grande massa delle acque oceaniche e dell’elevata capacità termica dell’acqua, le fluttuazioni stagionali della temperatura superficiale dell’oceano sono molto inferiori rispetto a quelle sulla terraferma. A questo proposito, alle medie e alte latitudini, la temperatura dell'aria sugli oceani in estate è notevolmente inferiore rispetto ai continenti e in inverno è più elevata.

Riscaldamento non uniforme dell'atmosfera in diverse aree globo provoca una distribuzione spazialmente disomogenea della pressione atmosferica. Al livello del mare, la distribuzione della pressione è caratterizzata da valori relativamente bassi in prossimità dell’equatore, aumenti nelle zone subtropicali (fasce di alta pressione) e diminuzioni alle medie e alte latitudini. Allo stesso tempo, sui continenti delle latitudini extratropicali, la pressione aumenta solitamente in inverno e diminuisce in estate, il che è associato alla distribuzione della temperatura. Sotto l'influenza del gradiente di pressione, l'aria subisce un'accelerazione diretta dalle aree di alta pressione verso aree di bassa pressione, che porta al movimento delle masse d'aria. Le masse d'aria in movimento sono influenzate anche dalla forza deviante della rotazione terrestre (forza di Coriolis), dalla forza di attrito, che diminuisce con l'altezza, e, per le traiettorie curve, dalla forza centrifuga. Grande importanza ha una miscelazione turbolenta dell'aria (vedi Turbolenza nell'atmosfera).

Associato alla distribuzione della pressione planetaria un sistema complesso correnti d'aria (circolazione atmosferica generale). Nel piano meridionale si possono tracciare in media due o tre cellule di circolazione meridionale. Vicino all'equatore, l'aria calda sale e scende nelle zone subtropicali, formando una cella di Hadley. Lì scende anche l'aria della cella di Ferrell inversa. Alle alte latitudini è spesso visibile una cellula polare diritta. Le velocità di circolazione meridionale sono dell'ordine di 1 m/s o meno. A causa della forza di Coriolis, nella maggior parte dell'atmosfera si osservano venti occidentali con velocità nella media troposfera di circa 15 m/s. Esistono sistemi eolici relativamente stabili. Questi includono gli alisei: venti che soffiano dalle zone di alta pressione nelle regioni subtropicali verso l'equatore con una notevole componente orientale (da est a ovest). I monsoni sono abbastanza stabili: correnti d'aria che hanno un carattere stagionale ben definito: soffiano dall'oceano alla terraferma in estate e nella direzione opposta in inverno. I monsoni sono particolarmente regolari Oceano Indiano. Alle medie latitudini il movimento delle masse d'aria è prevalentemente verso ovest (da ovest verso est). Questa è una zona di fronti atmosferici su cui sorgono grandi vortici: cicloni e anticicloni, che coprono molte centinaia e persino migliaia di chilometri. I cicloni si verificano anche ai tropici; qui si distinguono per le dimensioni più piccole, ma per la velocità del vento molto elevata, che raggiunge la forza di un uragano (33 m/s o più), i cosiddetti cicloni tropicali. Nell'Atlantico e in Oriente l'oceano Pacifico sono chiamati uragani e nell'Oceano Pacifico occidentale - tifoni. Nella troposfera superiore e nella stratosfera inferiore, nelle aree che separano la cella di circolazione meridionale di Hadley diretta e la cella di Ferrell inversa, relativamente strette, larghe centinaia di chilometri, si osservano spesso correnti a getto con confini nettamente definiti, all'interno delle quali il vento raggiunge i 100-150 e anche 200 m/ Con.

Clima e meteo. La differenza nella quantità di radiazione solare che arriva a diverse latitudini è diversa Proprietà fisiche superficie terrestre, determina la diversità dei climi terrestri. Dall'equatore alle latitudini tropicali, la temperatura dell'aria sulla superficie terrestre è in media di 25-30°C e varia poco durante l'anno. Nella fascia equatoriale, di solito ci sono molte precipitazioni, che creano lì condizioni di umidità in eccesso. Nelle zone tropicali le precipitazioni diminuiscono e in alcune zone diventano molto scarse. Ecco i vasti deserti della Terra.

Nelle latitudini subtropicali e medie, la temperatura dell'aria varia in modo significativo durante tutto l'anno e la differenza tra le temperature estive e quelle invernali è particolarmente ampia nelle aree dei continenti lontane dagli oceani. Pertanto, in alcune zone della Siberia orientale, l'escursione termica annuale dell'aria raggiunge i 65°C. Le condizioni di umidificazione a queste latitudini sono molto diverse, dipendono principalmente dal regime della circolazione atmosferica generale e variano notevolmente di anno in anno.

Alle latitudini polari la temperatura rimane bassa tutto l'anno, anche se vi è una notevole variazione stagionale. Ciò contribuisce alla diffusa distribuzione della copertura di ghiaccio sugli oceani, sulle terre emerse e sul permafrost, che occupa oltre il 65% della sua superficie in Russia, principalmente in Siberia.

Negli ultimi decenni, i cambiamenti nel clima globale sono diventati sempre più evidenti. Le temperature aumentano più alle alte latitudini che alle basse latitudini; più in inverno che in estate; più di notte che di giorno. Nel corso del XX secolo, la temperatura media annuale dell'aria sulla superficie terrestre in Russia è aumentata di 1,5-2°C, e in alcune zone della Siberia si è osservato un aumento di diversi gradi. Ciò è associato ad un aumento dell'effetto serra dovuto ad un aumento della concentrazione di gas in tracce.

Il tempo è determinato dalle condizioni di circolazione atmosferica e posizione geografica terreno, è più stabile ai tropici e più variabile alle medie e alte latitudini. Il tempo cambia soprattutto nelle zone di cambiamento delle masse d'aria causate dal passaggio di fronti atmosferici, cicloni e anticicloni che trasportano precipitazioni e aumento dei venti. I dati per le previsioni meteorologiche vengono raccolti presso stazioni meteorologiche a terra, navi e aerei e da satelliti meteorologici. Vedi anche Meteorologia.

Fenomeni ottici, acustici ed elettrici nell'atmosfera. Quando la radiazione elettromagnetica si propaga nell'atmosfera a causa della rifrazione, assorbimento e diffusione della luce da parte dell'aria e di varie particelle (aerosol, cristalli di ghiaccio, gocce d'acqua), varie fenomeni ottici: arcobaleno, corone, aureola, miraggio, ecc. La diffusione della luce determina l'altezza apparente del firmamento e il colore azzurro del cielo. Il raggio di visibilità degli oggetti è determinato dalle condizioni di propagazione della luce nell'atmosfera (vedi Visibilità atmosferica). La trasparenza dell’atmosfera a diverse lunghezze d’onda determina il raggio di comunicazione e la capacità di rilevare oggetti con strumenti, inclusa la possibilità di osservazioni astronomiche dalla superficie terrestre. Per gli studi sulle disomogeneità ottiche della stratosfera e della mesosfera, il fenomeno crepuscolare gioca un ruolo importante. Ad esempio, fotografare il crepuscolo con navicella spaziale consente il rilevamento degli strati di aerosol. Le caratteristiche della propagazione della radiazione elettromagnetica nell'atmosfera determinano l'accuratezza dei metodi telerilevamento i suoi parametri. Tutte queste domande, come molte altre, sono studiate dall'ottica atmosferica. La rifrazione e la diffusione delle onde radio determinano le possibilità di ricezione radio (vedi Propagazione delle onde radio).

La propagazione del suono nell'atmosfera dipende dalla distribuzione spaziale della temperatura e dalla velocità del vento (vedi Acustica atmosferica). È interessante per il rilevamento atmosferico con metodi remoti. Le esplosioni di cariche lanciate da razzi nell'alta atmosfera hanno fornito ricche informazioni sui sistemi eolici e sulle variazioni di temperatura nella stratosfera e nella mesosfera. In un'atmosfera stabilmente stratificata, quando la temperatura diminuisce con l'altezza più lentamente del gradiente adiabatico (9,8 K/km), si formano le cosiddette onde interne. Queste onde possono propagarsi verso l’alto nella stratosfera e persino nella mesosfera, dove si attenuano, contribuendo ad aumentare i venti e le turbolenze.

La carica negativa della Terra e il campo elettrico risultante, l'atmosfera, insieme alla ionosfera e alla magnetosfera caricate elettricamente, creano un circuito elettrico globale. La formazione delle nuvole e l'elettricità temporalesca svolgono un ruolo importante in questo. Il pericolo delle scariche di fulmini ha reso necessario lo sviluppo di metodi di protezione contro i fulmini per edifici, strutture, linee elettriche e comunicazioni. Questo fenomeno rappresenta un pericolo particolare per l'aviazione. Le scariche dei fulmini causano interferenze radio atmosferiche, chiamate atmosfere (vedi Atmosfere sibilanti). Durante un forte aumento della tensione campo elettrico Si osservano scariche luminose che compaiono sulle punte e sugli angoli acuti degli oggetti che sporgono dalla superficie terrestre, sulle singole vette delle montagne, ecc. (luci Elma). L'atmosfera contiene sempre una quantità molto variabile di ioni leggeri e pesanti, a seconda delle condizioni specifiche, che determinano la conduttività elettrica dell'atmosfera. I principali ionizzatori dell'aria vicino alla superficie terrestre sono la radiazione delle sostanze radioattive contenute nella crosta e nell'atmosfera terrestre, nonché Raggi cosmici. Vedi anche Elettricità atmosferica.

Influenza umana sull'atmosfera. Negli ultimi secoli si è assistito ad un aumento della concentrazione di gas serra nell’atmosfera dovuto alle attività economiche umane. La percentuale di anidride carbonica è aumentata da 2,8-10 2 duecento anni fa a 3,8-10 2 nel 2005, il contenuto di metano - da 0,7-10 1 circa 300-400 anni fa a 1,8-10 -4 all'inizio del 21 secolo; circa il 20% dell'aumento dell'effetto serra nell'ultimo secolo è dovuto ai freon, praticamente assenti nell'atmosfera fino alla metà del XX secolo. Queste sostanze sono riconosciute come dannose per l’ozono stratosferico e la loro produzione è vietata dal Protocollo di Montreal del 1987. L'aumento della concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera è causato dalla combustione di quantità sempre maggiori di carbone, petrolio, gas e altri tipi di combustibili derivanti dal carbonio, nonché dal disboscamento delle foreste, con conseguente assorbimento di anidride carbonica l'anidride carbonica attraverso la fotosintesi diminuisce. La concentrazione di metano aumenta con l'aumento della produzione di petrolio e gas (a causa delle sue perdite), nonché con l'espansione delle coltivazioni di riso e con l'aumento del numero di bovini. Tutto ciò contribuisce al riscaldamento climatico.

Per cambiare il tempo, sono stati sviluppati metodi per influenzare attivamente i processi atmosferici. Vengono utilizzati per proteggere le piante agricole dalla grandine disperdendo speciali reagenti nelle nubi temporalesche. Esistono anche metodi per disperdere la nebbia negli aeroporti, proteggere le piante dal gelo, influenzare le nuvole per aumentare le precipitazioni nelle aree desiderate o per disperdere le nuvole durante eventi pubblici.

Studio dell'atmosfera. Informazioni su processi fisici nell'atmosfera sono ottenuti principalmente da osservazioni meteorologiche, effettuate da una rete globale di stazioni e postazioni meteorologiche permanenti situate in tutti i continenti e in molte isole. Le osservazioni giornaliere forniscono informazioni sulla temperatura e l'umidità dell'aria, sulla pressione atmosferica e sulle precipitazioni, sulla nuvolosità, sul vento, ecc. Le osservazioni della radiazione solare e delle sue trasformazioni vengono effettuate presso stazioni attinometriche. Di grande importanza per lo studio dell'atmosfera sono le reti di stazioni aerologiche, nelle quali vengono effettuate misurazioni meteorologiche fino ad un'altitudine di 30-35 km utilizzando radiosonde. In numerose stazioni vengono effettuate osservazioni dell'ozono atmosferico, dei fenomeni elettrici nell'atmosfera e della composizione chimica dell'aria.

I dati provenienti dalle stazioni di terra sono integrati dalle osservazioni sugli oceani, dove operano le "navi meteorologiche", costantemente localizzate in alcune aree dell'Oceano Mondiale, nonché dalle informazioni meteorologiche ricevute dalla ricerca e da altre navi.

Negli ultimi decenni, una quantità crescente di informazioni sull’atmosfera è stata ottenuta utilizzando i satelliti meteorologici, che trasportano strumenti per fotografare le nuvole e misurare i flussi di radiazioni ultraviolette, infrarosse e microonde provenienti dal Sole. I satelliti consentono di ottenere informazioni sui profili verticali di temperatura, nuvolosità e relativo approvvigionamento idrico, elementi bilancio radiativo atmosfera, temperatura della superficie dell'oceano, ecc. Utilizzando le misurazioni della rifrazione dei segnali radio da un sistema di satelliti di navigazione, è possibile determinare i profili verticali di densità, pressione e temperatura, nonché il contenuto di umidità nell'atmosfera. Con l'aiuto dei satelliti è diventato possibile chiarire il valore della costante solare e dell'albedo planetario della Terra, costruire mappe del bilancio radiativo del sistema Terra-atmosfera, misurare il contenuto e la variabilità dei piccoli inquinanti atmosferici e risolvere molti altri problemi di fisica atmosferica e di monitoraggio ambientale.

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

L'esatta dimensione dell'atmosfera non è nota, poiché il suo confine superiore non è chiaramente visibile. Tuttavia, la struttura dell'atmosfera è stata studiata abbastanza perché tutti possano avere un'idea di come è strutturato l'involucro gassoso del nostro pianeta.

Gli scienziati che studiano la fisica dell'atmosfera la definiscono come la regione attorno alla Terra che ruota con il pianeta. Il FAI fornisce quanto segue definizione:

• Il confine tra spazio e atmosfera corre lungo la linea Karman. Questa linea, secondo la definizione della stessa organizzazione, è un'altitudine sul livello del mare situata ad un'altitudine di 100 km.

Tutto ciò che è al di sopra di questa linea è spazio esterno. L'atmosfera si sposta gradualmente nello spazio interplanetario, motivo per cui esistono idee diverse sulle sue dimensioni.

Con il confine inferiore dell'atmosfera, tutto è molto più semplice: passa lungo la superficie la crosta terrestre e la superficie dell'acqua della Terra: l'idrosfera. In questo caso, il confine, si potrebbe dire, si fonde con la terra e le superfici dell'acqua, poiché le particelle sono anche particelle d'aria disciolte.

Quali strati dell'atmosfera sono inclusi nelle dimensioni della Terra?

Fatto interessante: d'inverno è più basso, d'estate è più alto.

È in questo strato che si formano turbolenze, anticicloni e cicloni e si formano le nuvole. È questa sfera che è responsabile della formazione del tempo; in essa si trova circa l'80% di tutte le masse d'aria;

La tropopausa è uno strato in cui la temperatura non diminuisce con l'altezza. Sopra la tropopausa, ad un'altitudine superiore a 11 e fino a 50 km, si trova la stratosfera. La stratosfera contiene uno strato di ozono, noto per proteggere il pianeta dai raggi ultravioletti. L'aria in questo strato è rarefatta, il che spiega la caratteristica tonalità viola del cielo. La velocità dei flussi d'aria qui può raggiungere i 300 km/h. Tra la stratosfera e la mesosfera c'è la stratopausa, una sfera di confine in cui si verifica la temperatura massima.

Lo strato successivo è la mesosfera. Si estende ad altezze di 85-90 chilometri. Il colore del cielo nella mesosfera è nero, quindi le stelle possono essere osservate anche al mattino e al pomeriggio. Lì avvengono i processi fotochimici più complessi, durante i quali si verifica il bagliore atmosferico.

Tra la mesosfera e lo strato successivo, la termosfera, si trova la mesopausa. È definito come uno strato di transizione in cui si osserva una temperatura minima. Più in alto, a un'altitudine di 100 chilometri sul livello del mare, si trova la linea Karman. Al di sopra di questa linea si trovano la termosfera (limite di altitudine 800 km) e l'esosfera, chiamata anche “zona di dispersione”. Ad un'altitudine di circa 2-3 mila chilometri passa nel vuoto quasi spaziale.

Considerando che lo strato superiore dell'atmosfera non è chiaramente visibile, è impossibile calcolarne l'esatta dimensione. Inoltre, dentro paesi diversi Ci sono organizzazioni che hanno opinioni diverse su questo argomento. Si dovrebbe notare che Linea Karmann può essere considerato il confine dell’atmosfera terrestre solo in modo condizionato, poiché fonti diverse utilizzano indicatori di confine diversi. Pertanto, in alcune fonti è possibile trovare informazioni che il limite superiore passa ad un'altitudine di 2500-3000 km.

La NASA utilizza il limite dei 122 chilometri per i calcoli. Non molto tempo fa sono stati effettuati esperimenti che hanno chiarito che il confine si trova a circa 118 km.

10.045×10 3 J/(kg*K) (nell'intervallo di temperatura da 0-100°C), C v 8.3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C). La solubilità dell'aria in acqua a 0°C è 0,036%, a 25°C - 0,22%.

Composizione atmosferica

Storia della formazione atmosferica

Storia antica

Attualmente, la scienza non è in grado di tracciare tutte le fasi della formazione della Terra con una precisione al cento per cento. Secondo la teoria più diffusa, l'atmosfera terrestre ha avuto nel tempo quattro diverse composizioni. Inizialmente consisteva di gas leggeri (idrogeno ed elio) catturati dallo spazio interplanetario. Questo è il cosiddetto atmosfera primaria. Nella fase successiva, l'attività vulcanica attiva ha portato alla saturazione dell'atmosfera con gas diversi dall'idrogeno (idrocarburi, ammoniaca, vapore acqueo). Ecco come si è formato atmosfera secondaria. Questa atmosfera è stata rigenerante. Inoltre, il processo di formazione dell'atmosfera è stato determinato dai seguenti fattori:

• perdita costante di idrogeno nello spazio interplanetario;
• reazioni chimiche che si verificano nell'atmosfera sotto l'influenza di radiazioni ultraviolette, scariche di fulmini e alcuni altri fattori.

A poco a poco questi fattori portarono alla formazione atmosfera terziaria, caratterizzato da un contenuto molto inferiore di idrogeno e un contenuto molto più elevato di azoto e anidride carbonica (formata a seguito di reazioni chimiche da ammoniaca e idrocarburi).

L'emergere della vita e dell'ossigeno

Con la comparsa degli organismi viventi sulla Terra a seguito della fotosintesi, accompagnata dal rilascio di ossigeno e dall'assorbimento di anidride carbonica, la composizione dell'atmosfera iniziò a cambiare. Esistono però dati (analisi della composizione isotopica dell'ossigeno atmosferico e di quello rilasciato durante la fotosintesi) che indicano l'origine geologica dell'ossigeno atmosferico.

Inizialmente, l'ossigeno veniva speso per l'ossidazione di composti ridotti: idrocarburi, forma ferrosa di ferro contenuta negli oceani, ecc. questa fase Il contenuto di ossigeno nell'atmosfera cominciò ad aumentare.

Negli anni '90 furono condotti esperimenti per creare un sistema ecologico chiuso (“Biosfera 2”), durante il quale non era possibile creare un sistema stabile con una composizione dell'aria uniforme. L'influenza dei microrganismi ha portato ad una diminuzione dei livelli di ossigeno e ad un aumento della quantità di anidride carbonica.

Azoto

La formazione di una grande quantità di N 2 è dovuta all'ossidazione dell'atmosfera primaria di ammoniaca e idrogeno con O 2 molecolare, che cominciò a fuoriuscire dalla superficie del pianeta a seguito della fotosintesi, presumibilmente circa 3 miliardi di anni fa (secondo secondo un'altra versione, l'ossigeno atmosferico è di origine geologica). Negli strati superiori dell'atmosfera l'azoto viene ossidato in NO, utilizzato nell'industria e legato dai batteri che fissano l'azoto, mentre l'N2 viene rilasciato nell'atmosfera a seguito della denitrificazione dei nitrati e di altri composti contenenti azoto.

L'azoto N 2 è un gas inerte e reagisce solo in condizioni specifiche (ad esempio durante la scarica di un fulmine). I cianobatteri e alcuni batteri (ad esempio i batteri noduli che formano la simbiosi rizobica con le leguminose) possono ossidarlo e convertirlo in forma biologica.

L'ossidazione dell'azoto molecolare mediante scariche elettriche viene utilizzata nella produzione industriale di fertilizzanti azotati e ha portato anche alla formazione di depositi di nitrato unici nel deserto cileno di Atacama.

gas nobili

La combustione dei combustibili è la principale fonte di gas inquinanti (CO, NO, SO2). L'anidride solforosa viene ossidata dall'aria O 2 in SO 3 negli strati superiori dell'atmosfera, che interagisce con i vapori di H 2 O e NH 3, e l'H 2 SO 4 e (NH 4) 2 SO 4 risultanti ritornano sulla superficie terrestre insieme alle precipitazioni. L'utilizzo di motori a combustione interna comporta un notevole inquinamento atmosferico da ossidi di azoto, idrocarburi e composti del Pb.

L’inquinamento da aerosol dell’atmosfera è dovuto sia a cause naturali (eruzioni vulcaniche, tempeste di polvere, trascinamento di goccioline acqua di mare e particelle di polline delle piante, ecc.), e attività economica esseri umani (estrazione di minerali e materiali da costruzione, combustione di carburante, produzione di cemento, ecc.). L'emissione intensiva su larga scala di particelle solide nell'atmosfera è una di queste possibili ragioni cambiamenti nel clima del pianeta.

La struttura dell'atmosfera e le caratteristiche dei singoli gusci

Lo stato fisico dell'atmosfera è determinato dal tempo e dal clima. Parametri fondamentali dell'atmosfera: densità dell'aria, pressione, temperatura e composizione. All’aumentare dell’altitudine, la densità dell’aria e la pressione atmosferica diminuiscono. Anche la temperatura cambia con i cambiamenti di altitudine. La struttura verticale dell'atmosfera è caratterizzata da diverse temperature e proprietà elettriche, condizione diversa aria. A seconda della temperatura dell'atmosfera si distinguono i seguenti strati principali: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera, esosfera (sfera di dispersione). Le regioni di transizione dell'atmosfera tra gusci vicini sono chiamate rispettivamente tropopausa, stratopausa, ecc.

Troposfera

Stratosfera

Resta nella stratosfera la maggior parte avviene la parte a onde corte della radiazione ultravioletta (180-200 nm) e la trasformazione dell'energia a onde corte. Sotto l'influenza di questi raggi cambiano campi magnetici, le molecole si disintegrano, avviene la ionizzazione, la nuova formazione di gas e altro composti chimici. Questi processi possono essere osservati sotto forma di aurora boreale, fulmini e altri bagliori.

Nella stratosfera e negli strati più alti, sotto l'influenza della radiazione solare, le molecole di gas si dissociano in atomi (sopra gli 80 km CO 2 e H 2 si dissociano, sopra i 150 km - O 2, sopra i 300 km - H 2). Ad un'altitudine di 100-400 km, la ionizzazione dei gas avviene anche nella ionosfera, ad un'altitudine di 320 km, la concentrazione di particelle cariche (O + 2, O − 2, N + 2) è ~ 1/300; concentrazione di particelle neutre. Negli strati superiori dell'atmosfera ci sono radicali liberi: OH, HO 2, ecc.

Nella stratosfera non c’è quasi vapore acqueo.

Mesosfera

Fino ad un'altitudine di 100 km l'atmosfera è una miscela di gas omogenea e ben miscelata. Negli strati più alti, la distribuzione dei gas in altezza dipende dal loro peso molecolare; la concentrazione dei gas più pesanti diminuisce più velocemente con la distanza dalla superficie terrestre. A causa della diminuzione della densità del gas, la temperatura scende da 0°C nella stratosfera a -110°C nella mesosfera. Tuttavia, l’energia cinetica delle singole particelle ad altitudini di 200-250 km corrisponde ad una temperatura di ~1500°C. Al di sopra dei 200 km si osservano fluttuazioni significative della temperatura e della densità del gas nel tempo e nello spazio.

Ad un'altitudine di circa 2000-3000 km, l'esosfera si trasforma gradualmente nel cosiddetto vuoto quasi spaziale, che è pieno di particelle altamente rarefatte di gas interplanetario, principalmente atomi di idrogeno. Ma questo gas rappresenta solo una parte della materia interplanetaria. L'altra parte è costituita da particelle di polvere di origine cometaria e meteorica. Oltre a queste particelle estremamente rarefatte, in questo spazio penetrano radiazioni elettromagnetiche e corpuscolari di origine solare e galattica.

La troposfera rappresenta circa l'80% della massa dell'atmosfera, la stratosfera circa il 20%; la massa della mesosfera non è superiore allo 0,3%, la termosfera è inferiore allo 0,05% della massa totale dell'atmosfera. In base alle proprietà elettriche dell'atmosfera si distinguono la neutronosfera e la ionosfera. Attualmente si ritiene che l'atmosfera si estenda fino ad un'altitudine di 2000-3000 km.

A seconda della composizione del gas nell'atmosfera, emettono omosfera E eterosfera. Eterosfera- Questa è l'area in cui la gravità influisce sulla separazione dei gas, poiché la loro miscelazione a tale altitudine è trascurabile. Ciò implica una composizione variabile dell'eterosfera. Al di sotto si trova una parte ben miscelata e omogenea dell'atmosfera chiamata omosfera. Il confine tra questi strati è chiamato turbopausa e si trova ad un'altitudine di circa 120 km.

Proprietà atmosferiche

Già ad un'altitudine di 5 km sul livello del mare, una persona non allenata inizia a sperimentare la carenza di ossigeno e senza adattamento, le prestazioni di una persona diminuiscono significativamente. La zona fisiologica dell'atmosfera finisce qui. La respirazione umana diventa impossibile ad un'altitudine di 15 km, anche se fino a circa 115 km l'atmosfera contiene ossigeno.

L'atmosfera ci fornisce l'ossigeno necessario per respirare. Tuttavia, a causa della diminuzione della pressione totale dell'atmosfera, man mano che si sale in quota, la pressione parziale dell'ossigeno diminuisce di conseguenza.

I polmoni umani contengono costantemente circa 3 litri di aria alveolare. La pressione parziale dell'ossigeno nell'aria alveolare alla normale pressione atmosferica è di 110 mmHg. Art., pressione dell'anidride carbonica - 40 mm Hg. Art. e vapore acqueo −47 mm Hg. Arte. Con l'aumentare dell'altitudine, la pressione dell'ossigeno diminuisce e la pressione totale del vapore di acqua e anidride carbonica nei polmoni rimane quasi costante: circa 87 mm Hg. Arte. L'apporto di ossigeno ai polmoni si interromperà completamente quando la pressione dell'aria ambiente raggiungerà questo valore.

Ad un'altitudine di circa 19-20 km, la pressione atmosferica scende a 47 mm Hg. Arte. Pertanto, a questa altitudine, l'acqua e il liquido interstiziale iniziano a bollire nel corpo umano. Fuori dalla cabina pressurizzata, a queste altitudini, la morte avviene quasi istantaneamente. Pertanto, dal punto di vista della fisiologia umana, lo “spazio” inizia già ad un'altitudine di 15-19 km.

Dense strati d'aria - la troposfera e la stratosfera - ci proteggono dagli effetti dannosi delle radiazioni. Con sufficiente rarefazione dell'aria, ad altitudini superiori a 36 km, le radiazioni ionizzanti - raggi cosmici primari - hanno un effetto intenso sul corpo; Ad altitudini superiori a 40 km, la parte ultravioletta dello spettro solare è pericolosa per l'uomo.