Skład atmosfery. Powłoka powietrzna naszej planety - atmosfera chroni powierzchnię ziemi przed szkodliwym wpływem na żywe organizmy promieniowania ultrafioletowego pochodzącego od Słońca. Chroni również Ziemię przed cząsteczkami kosmicznymi - kurzem i meteorytami.
Atmosfera składa się z mechanicznej mieszaniny gazów: 78% jej objętości to azot, 21% to tlen, a mniej niż 1% to hel, argon, krypton i inne gazy obojętne. Ilość tlenu i azotu w powietrzu jest praktycznie niezmieniona, ponieważ azot prawie nie wchodzi w związki z innymi substancjami, a tlen, który choć bardzo aktywny i jest zużywany na oddychanie, utlenianie i spalanie, jest stale uzupełniany przez rośliny.
Do wysokości około 100 km procent tych gazów pozostaje praktycznie niezmieniony. Wynika to z faktu, że powietrze jest stale mieszane.
Oprócz tych gazów atmosfera zawiera około 0,03% dwutlenek węgla, który zwykle koncentruje się blisko powierzchnia ziemi i rozkłada się nierównomiernie: w miastach, centra przemysłowe i obszarów aktywności wulkanicznej, jej liczba wzrasta.
W atmosferze zawsze znajduje się pewna ilość zanieczyszczeń - para wodna i kurz. Zawartość pary wodnej zależy od temperatury powietrza: im wyższa temperatura, tym więcej pary zatrzymuje się w powietrzu. Ze względu na obecność pary wodnej w powietrzu możliwe są zjawiska atmosferyczne, takie jak tęcze, załamanie światła słonecznego itp.
Pył przedostaje się do atmosfery podczas erupcji wulkanów, burz piaskowych i piaskowych, przy niepełnym spalaniu paliwa w elektrowniach cieplnych itp.
Struktura atmosfery. Gęstość atmosfery zmienia się wraz z wysokością: jest najwyższa na powierzchni Ziemi i maleje wraz ze wzrostem. Tak więc na wysokości 5,5 km gęstość atmosfery jest 2 razy, a na wysokości 11 km - 4 razy mniej niż w warstwie powierzchniowej.
W zależności od gęstości, składu i właściwości gazów atmosfera podzielona jest na pięć koncentrycznych warstw (rys. 34).
Ryż. 34. Przekrój pionowy atmosfery (stratyfikacja atmosferyczna)
1. Dolna warstwa nazywa się troposfera. Jej górna granica przebiega na wysokości 8-10 km na biegunach i 16-18 km na równiku. Troposfera zawiera do 80% całkowitej masy atmosfery i prawie całą parę wodną.
Temperatura powietrza w troposferze spada wraz z wysokością o 0,6°C co 100 m, a na jej górnej granicy wynosi -45-55°C.
Powietrze w troposferze jest stale mieszane, poruszając się w różnych kierunkach. Tylko tutaj obserwuje się mgły, deszcze, opady śniegu, burze, burze i inne zjawiska pogodowe.
2. Powyżej znajduje się stratosfera, który rozciąga się na wysokość 50-55 km. Gęstość powietrza i ciśnienie w stratosferze są znikome. Rozrzedzone powietrze składa się z tych samych gazów, co w troposferze, ale zawiera więcej ozonu. Najwyższe stężenie ozonu obserwuje się na wysokości 15-30 km. Temperatura w stratosferze wzrasta wraz z wysokością i osiąga 0 °C lub więcej na jej górnej granicy. Wynika to z faktu, że ozon pochłania krótkofalową część energii słonecznej, w wyniku czego powietrze się nagrzewa.
3. Nad stratosferą leży mezosfera, rozciągający się na wysokość 80 km. W nim temperatura ponownie spada i osiąga -90 ° C. Gęstość powietrza jest tam 200 razy mniejsza niż na powierzchni Ziemi.
4. Nad mezosferą jest termosfera(od 80 do 800 km). Temperatura w tej warstwie wzrasta: na wysokości 150 km do 220°C; na wysokości od 600 km do 1500 °C. Gazy atmosferyczne (azot i tlen) są w stanie zjonizowanym. Pod wpływem krótkofalowego promieniowania słonecznego poszczególne elektrony odrywają się od powłok atomów. W rezultacie w tej warstwie - jonosfera pojawiają się warstwy naładowanych cząstek. Ich najgęstsza warstwa znajduje się na wysokości 300-400 km. Ze względu na małą gęstość promienie słoneczne nie rozpraszają się tam, dzięki czemu niebo jest czarne, gwiazdy i planety świecą na nim jasno.
W jonosferze są zorze polarne, generowane są silne prądy elektryczne, które powodują zakłócenia pole magnetyczne Ziemia.
5. Powyżej 800 km zewnętrzna powłoka znajduje się - egzosfera. Prędkość ruchu poszczególnych cząstek w egzosferze zbliża się do krytycznej – 11,2 mm/s, dzięki czemu poszczególne cząstki mogą pokonać ziemską grawitację i uciec w przestrzeń światową.
Wartość atmosfery. Rola atmosfery w życiu naszej planety jest wyjątkowo duża. Bez niego Ziemia byłaby martwa. Atmosfera chroni powierzchnię Ziemi przed intensywnym ogrzewaniem i chłodzeniem. Jego wpływ można przyrównać do roli szkła w szklarniach: przepuszcza promienie słoneczne i zapobiega ucieczce ciepła.
Atmosfera chroni organizmy żywe przed krótkofalowym i korpuskularnym promieniowaniem Słońca. Atmosfera to środowisko, w którym występują zjawiska pogodowe, z którym wiąże się wszelka działalność człowieka. Badanie tej powłoki odbywa się na stacjach meteorologicznych. W dzień iw nocy, przy każdej pogodzie, meteorolodzy monitorują stan niższych warstw atmosfery. Cztery razy dziennie i na wielu stacjach co godzinę mierzą temperaturę, ciśnienie, wilgotność powietrza, odnotowują zachmurzenie, kierunek i prędkość wiatru, opady, elektryczność i zjawiska dźwiękowe w atmosferze. Stacje meteorologiczne znajdują się wszędzie: na Antarktydzie i w tropikalnych lasach deszczowych, wł wysokie góry i na bezkresnych przestrzeniach tundry. Obserwacje prowadzone są również na oceanach ze specjalnie zbudowanych statków.
Od lat 30. XX wiek obserwacje rozpoczęły się w wolnej atmosferze. Zaczęli odpalać radiosondy, które wznoszą się na wysokość 25-35 km i za pomocą sprzętu radiowego przekazują na Ziemię informacje o temperaturze, ciśnieniu, wilgotności powietrza i prędkości wiatru. Obecnie szeroko stosowane są również rakiety i satelity meteorologiczne. Te ostatnie posiadają instalacje telewizyjne, które przekazują obrazy powierzchni ziemi i chmur.
| |
5. Powłoka powietrzna ziemi§ 31. Ogrzewanie atmosfery
Skład ziemi. Powietrze
Powietrze to mechaniczna mieszanina różnych gazów, które tworzą ziemską atmosferę. Powietrze jest niezbędne do oddychania organizmy żywe znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle.
Fakt, że powietrze jest mieszaniną, a nie jednorodną substancją, został udowodniony podczas eksperymentów szkockiego naukowca Josepha Blacka. Podczas jednego z nich naukowiec odkrył, że podczas podgrzewania białej magnezji (węglanu magnezu) uwalniane jest „związane powietrze”, czyli dwutlenek węgla, i powstaje spalona magnezja (tlenek magnezu). W przeciwieństwie do tego, gdy wypalany jest wapień, „związane powietrze” jest usuwane. Na podstawie tych eksperymentów naukowiec doszedł do wniosku, że różnica między zasadami węglowymi i żrącymi polega na tym, że ta pierwsza zawiera dwutlenek węgla, który jest jednym z części składowe powietrze. Dziś wiemy, że oprócz dwutlenku węgla w skład ziemskiego powietrza wchodzą:
Podany w tabeli stosunek gazów w atmosferze ziemskiej jest typowy dla jej niższych warstw, do wysokości 120 km. W tych obszarach leży dobrze wymieszany, jednorodny region, zwany homosferą. Nad homosferą znajduje się heterosfera, która charakteryzuje się rozkładem cząsteczek gazu na atomy i jony. Regiony są oddzielone od siebie turbopauzą.
Reakcja chemiczna, w której pod wpływem promieniowania słonecznego i kosmicznego cząsteczki rozkładają się na atomy, nazywana jest fotodysocjacją. Podczas rozpadu tlenu cząsteczkowego powstaje tlen atomowy, który jest głównym gazem atmosfery na wysokościach powyżej 200 km. Na wysokościach powyżej 1200 km zaczyna dominować wodór i hel, które są najlżejszymi gazami.
Ponieważ większość powietrza jest skoncentrowana w 3 niższych warstwach atmosfery, zmiany w składzie powietrza na wysokościach powyżej 100 km nie mają zauważalnego wpływu na skład ogólny atmosfera.
Azot jest najpowszechniejszym gazem, stanowi ponad trzy czwarte objętości powietrza na Ziemi. Współczesny azot powstał w wyniku utleniania wczesnej atmosfery amoniakowo-wodorowej tlenem cząsteczkowym, który powstaje podczas fotosyntezy. Obecnie niewielka ilość azotu przedostaje się do atmosfery w wyniku denitryfikacji - procesu redukcji azotanów do azotynów, po którym następuje powstawanie tlenków gazowych i azotu cząsteczkowego, który jest produkowany przez prokariota beztlenowe. Część azotu przedostaje się do atmosfery podczas erupcji wulkanicznych.
W górnych warstwach atmosfery, pod wpływem wyładowań elektrycznych z udziałem ozonu, azot cząsteczkowy utlenia się do tlenku azotu:
N2 + O2 → 2NO
W normalnych warunkach tlenek natychmiast reaguje z tlenem, tworząc podtlenek azotu:
2NO + O2 → 2N2O
Najważniejszy jest azot pierwiastek chemiczny atmosfera ziemska. Azot wchodzi w skład białek, dostarcza roślinom składników mineralnych. Określa bioprędkość reakcje chemiczne, pełni rolę rozcieńczalnika tlenu.
Tlen jest drugim najpowszechniejszym gazem w ziemskiej atmosferze. Powstawanie tego gazu związane jest z fotosyntetyczną aktywnością roślin i bakterii. A im bardziej różnorodne i liczne stawały się organizmy fotosyntetyczne, tym bardziej znaczący stawał się proces zawartości tlenu w atmosferze. Podczas odgazowywania płaszcza uwalniana jest niewielka ilość ciężkiego tlenu.
W górnych warstwach troposfery i stratosfery pod wpływem ultrafioletowego promieniowania słonecznego (oznaczamy to jako hν) powstaje ozon:
O 2 + hv → 2O
W wyniku działania tego samego promieniowania ultrafioletowego ozon rozpada się:
O 3 + hν → O 2 + O
O 3 + O → 2 O 2
W wyniku pierwszej reakcji powstaje tlen atomowy, w wyniku drugiej - tlen cząsteczkowy. Wszystkie 4 reakcje nazywane są mechanizmem Chapmana, od nazwiska brytyjskiego naukowca Sidneya Chapmana, który odkrył je w 1930 roku.
Tlen jest używany do oddychania żywych organizmów. Z jego pomocą zachodzą procesy utleniania i spalania.
Ozon służy do ochrony organizmów żywych przed promieniowaniem ultrafioletowym, które powoduje nieodwracalne mutacje. Najwyższe stężenie ozonu obserwuje się w dolnej stratosferze w obrębie tzw. warstwa ozonowa lub ekran ozonowy leżący na wysokości 22-25 km. Zawartość ozonu jest niewielka: przy normalnym ciśnieniu cały ozon atmosfery ziemskiej zajmowałby warstwę o grubości zaledwie 2,91 mm.
Z erupcjami wulkanów i rozpadem pierwiastków promieniotwórczych wiąże się powstawanie trzeciego najczęściej występującego gazu w atmosferze, argonu, a także neonu, helu, kryptonu i ksenonu.
W szczególności hel jest produktem rozpadu promieniotwórczego uranu, toru i radu: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (w tych reakcjach α- cząstka jest jądrem helu, które w procesie utraty energii wychwytuje elektrony i staje się 4 He).
Argon powstaje podczas rozpadu radioaktywnego izotopu potasu: 40 K → 40 Ar + γ.
Neon ucieka ze skał magmowych.
Krypton powstaje jako produkt końcowy rozpadu uranu (235 U i 238 U) i toru Th.
Większość atmosferycznego kryptonu powstała we wczesnych stadiach ewolucji Ziemi w wyniku rozpadu pierwiastków transuranowych o fenomenalnie krótkim okresie półtrwania lub pochodziła z kosmosu, którego zawartość jest dziesięć milionów razy większa niż na Ziemi .
Ksenon jest wynikiem rozszczepienia uranu, ale większość tego gazu pozostaje z wczesnych etapów formowania się Ziemi, z pierwotnej atmosfery.
Dwutlenek węgla przedostaje się do atmosfery w wyniku erupcji wulkanicznych oraz w procesie rozkładu materii organicznej. Jego zawartość w atmosferze średnich szerokości geograficznych Ziemi jest bardzo zróżnicowana w zależności od pór roku: zimą ilość CO 2 wzrasta, a latem maleje. Ta fluktuacja związana jest z aktywnością roślin wykorzystujących dwutlenek węgla w procesie fotosyntezy.
Wodór powstaje w wyniku rozkładu wody pod wpływem promieniowania słonecznego. Ale będąc najlżejszym z gazów tworzących atmosferę, stale ucieka w przestrzeń kosmiczną, a zatem jego zawartość w atmosferze jest bardzo mała.
Para wodna powstaje w wyniku parowania wody z powierzchni jezior, rzek, mórz i lądu.
Stężenie głównych gazów w niższych warstwach atmosfery, z wyjątkiem pary wodnej i dwutlenku węgla, jest stałe. W niewielkich ilościach atmosfera zawiera tlenek siarki SO 2, amoniak NH 3, tlenek węgla CO, ozon O 3, chlorowodór HCl, fluorowodór HF, tlenek azotu NO, węglowodory, pary rtęci Hg, jod I 2 i wiele innych. W dolnej warstwie atmosfery troposfery znajduje się stale duża ilość zawieszonych cząstek stałych i ciekłych.
Źródłami pyłu zawieszonego w atmosferze ziemskiej są erupcje wulkanów, pyłki roślin, mikroorganizmy oraz Ostatnio oraz działalność człowieka, taką jak spalanie paliw kopalnych w procesie produkcyjnym. Najdrobniejsze cząstki pyłu, będące jądrami kondensacji, są przyczyną powstawania mgieł i chmur. Bez cząstek stałych stale obecnych w atmosferze opady nie spadłyby na Ziemię.
Atmosfera ziemska jest powłoką powietrzną.
Obecność specjalnej kuli nad powierzchnią ziemi została udowodniona przez starożytnych Greków, którzy nazywali atmosferę kulą pary lub gazu.
To jedna z geosfer planety, bez której istnienie wszelkiego życia nie byłoby możliwe.
Gdzie jest atmosfera?
Atmosfera otacza planety gęstą warstwą powietrza, zaczynając od powierzchni ziemi. Wchodzi w kontakt z hydrosferą, pokrywa litosferę daleko w kosmos.
Z czego składa się atmosfera?
Warstwa powietrza Ziemi składa się głównie z powietrza, którego całkowita masa sięga 5,3 * 1018 kilogramów. Spośród nich chorą częścią jest suche powietrze i znacznie mniej pary wodnej.
Nad morzem gęstość atmosfery wynosi 1,2 kilograma na metr sześcienny. Temperatura w atmosferze może osiągnąć -140,7 stopni, powietrze rozpuszcza się w wodzie o temperaturze zerowej.
Atmosfera składa się z kilku warstw:
- Troposfera;
- tropopauza;
- Stratosfera i stratopauza;
- Mezosfera i mezopauza;
- Specjalna linia nad poziomem morza, zwana linią Karmana;
- Termosfera i termopauza;
- Strefa dyspersyjna lub egzosfera.
Każda warstwa ma swoją własną charakterystykę, są ze sobą połączone i zapewniają funkcjonowanie powłoki powietrznej planety.
Granice atmosfery
Najniższa krawędź atmosfery przebiega przez hydrosferę i górne warstwy litosfery. Górna granica zaczyna się w egzosferze, która znajduje się 700 kilometrów od powierzchni planety i osiągnie 1,3 tysiąca kilometrów.
Według niektórych doniesień atmosfera sięga 10 tysięcy kilometrów. Naukowcy zgodzili się, że górną granicą warstwy powietrza powinna być linia Karmana, ponieważ aeronautyka nie jest już tutaj możliwa.
Dzięki ciągłym badaniom w tej dziedzinie naukowcy odkryli, że atmosfera styka się z jonosferą na wysokości 118 kilometrów.
Skład chemiczny
Ta warstwa Ziemi składa się z gazów i zanieczyszczeń gazowych, do których należą pozostałości spalania, sól morska, lód, woda, pył. Skład i masa gazów, które można znaleźć w atmosferze prawie nigdy się nie zmieniają, zmienia się jedynie stężenie wody i dwutlenku węgla.
Skład wody może wahać się od 0,2% do 2,5% w zależności od szerokości geograficznej. Dodatkowe pierwiastki to chlor, azot, siarka, amoniak, węgiel, ozon, węglowodory, kwas solny, fluorowodór, bromowodór, jodowodór.
Osobną część zajmują rtęć, jod, brom, tlenek azotu. Ponadto w troposferze znajdują się cząstki ciekłe i stałe, zwane aerozolami. Jeden z najrzadszych gazów na planecie, radon, znajduje się w atmosferze.
Pod względem składu chemicznego azot zajmuje ponad 78% atmosfery, tlen - prawie 21%, dwutlenek węgla - 0,03%, argon - prawie 1%, całkowita ilość materii jest mniejsza niż 0,01%. Taki skład powietrza powstał, gdy planeta dopiero powstała i zaczęła się rozwijać.
Wraz z pojawieniem się człowieka, który stopniowo przeniósł się do produkcji, skład chemiczny zmienił się. W szczególności stale wzrasta ilość dwutlenku węgla.
Funkcje atmosfery
Gazy w warstwie powietrza pełnią różnorodne funkcje. Po pierwsze pochłaniają promienie i energię promieniowania. Po drugie wpływają na kształtowanie się temperatury w atmosferze i na Ziemi. Po trzecie, zapewnia życie i jego bieg na Ziemi.
Dodatkowo warstwa ta zapewnia termoregulację, która determinuje pogodę i klimat, sposób dystrybucji ciepła oraz ciśnienie atmosferyczne. Troposfera pomaga regulować przepływ mas powietrza, determinować ruch wody i procesy wymiany ciepła.
Atmosfera stale oddziałuje z litosferą, hydrosferą, zapewniając procesy geologiczne. Najważniejszą funkcją jest ochrona przed pyłem pochodzenia meteorytowego, przed wpływem kosmosu i słońca.
Dane
- Tlen zapewnia rozkład na ziemi materia organiczna o lita skała, która jest bardzo ważna podczas emisji, rozkładu skał, utleniania organizmów.
- Dwutlenek węgla przyczynia się do tego, że zachodzi fotosynteza, a także przyczynia się do przenoszenia krótkich fal promieniowania słonecznego, pochłaniania termicznych fal długich. Jeśli tak się nie stanie, obserwuje się tzw. efekt cieplarniany.
- Jednym z głównych problemów związanych z atmosferą jest zanieczyszczenie, które powstaje w wyniku pracy przedsiębiorstw oraz emisji z pojazdów. Dlatego w wielu krajach wprowadzono specjalną kontrolę środowiskową, a na poziomie międzynarodowym podejmowane są specjalne mechanizmy regulacji emisji i efektu cieplarnianego.
Każdy piśmienny powinien wiedzieć nie tylko, że planetę otacza atmosfera mieszaniny różnych gazów, ale także, że istnieją różne warstwy atmosfery, które znajdują się w nierównych odległościach od powierzchni Ziemi.
Obserwując niebo absolutnie nie widzimy ani jego złożonej budowy, ani jego niejednorodnej kompozycji, ani innych rzeczy ukrytych przed oczami. Ale to właśnie dzięki złożonemu i wieloskładnikowemu składowi warstwy powietrza wokół planety na niej panują takie warunki, które pozwoliły na powstanie tu życia, rozkwitu roślinności i wszystkiego, co kiedykolwiek tu było.
Wiedza na temat konwersacji jest przekazywana osobom już w 6 klasie w szkole, ale niektórzy nie ukończyli jeszcze studiów, a niektórzy są tam tak długo, że już o wszystkim zapomnieli. Niemniej jednak każdy wykształcony człowiek powinien wiedzieć, z czego składa się otaczający go świat, zwłaszcza ta jego część, od której bezpośrednio zależy sama możliwość jego normalnego życia.
Jak nazywa się każda z warstw atmosfery, na jakiej wysokości się znajduje, jaką pełni rolę? Wszystkie te pytania zostaną omówione poniżej.
Struktura atmosfery ziemskiej
Patrząc na niebo, zwłaszcza gdy jest całkowicie bezchmurne, bardzo trudno sobie nawet wyobrazić, że ma tak złożoną i wielowarstwową strukturę, że temperatura tam na różnych wysokościach jest bardzo różna, a co dokładnie dzieje się tam na wysokości. procesy krytyczne dla całej flory i fauny na Ziemi.
Gdyby nie tak złożony skład pokrywy gazowej planety, po prostu nie byłoby tu życia, a nawet możliwości jego powstania.
Pierwsze próby zbadania tej części otaczającego świata podjęli starożytni Grecy, ale nie mogli posunąć się zbyt daleko w swoich wnioskach, ponieważ nie mieli niezbędnej bazy technicznej. Nie widzieli granic różnych warstw, nie mogli zmierzyć ich temperatury, zbadać składu komponentów itp.
To głównie zdarzenia pogodowe skłoniły najbardziej postępowe umysły do myślenia, że widoczne niebo nie jest tak proste, jak się wydaje.
Uważa się, że struktura współczesnej otoczki gazowej wokół Ziemi powstała w trzech etapach. Najpierw była pierwotna atmosfera wodoru i helu przechwycona z kosmosu.
Następnie erupcja wulkanów wypełniła powietrze masą innych cząstek i powstała wtórna atmosfera. Po przejściu wszystkich głównych reakcji chemicznych i procesów relaksacji cząstek powstała obecna sytuacja.
Warstwy atmosfery w kolejności od powierzchni ziemi i ich charakterystyka
Struktura gazowej otoczki planety jest dość złożona i różnorodna. Rozważmy to bardziej szczegółowo, stopniowo osiągając najwyższe poziomy.
Troposfera
Oprócz warstwy przyściennej troposfera jest najniższą warstwą atmosfery. Rozciąga się na wysokości około 8-10 km nad powierzchnią ziemi w regionach polarnych, 10-12 km w klimacie umiarkowanym i 16-18 km w częściach tropikalnych.
Interesujący fakt: odległość ta może się różnić w zależności od pory roku – zimą jest nieco mniejsza niż latem.
Powietrze troposfery zawiera główną życiodajną siłę dla wszelkiego życia na ziemi. Zawiera około 80% całego dostępnego powietrza atmosferycznego, ponad 90% pary wodnej, to tutaj tworzą się chmury, cyklony i inne zjawiska atmosferyczne.
Warto zauważyć stopniowy spadek temperatury w miarę wznoszenia się z powierzchni planety. Naukowcy obliczyli, że na każde 100 m wysokości temperatura spada o około 0,6-0,7 stopnia.
Stratosfera
Kolejną najważniejszą warstwą jest stratosfera. Wysokość stratosfery wynosi około 45-50 kilometrów. Zaczyna się od 11 km i już tutaj panują ujemne temperatury, sięgające nawet -57 ° С.
Dlaczego ta warstwa jest ważna dla ludzi, wszystkich zwierząt i roślin? To tutaj, na wysokości 20-25 kilometrów, znajduje się warstwa ozonowa, która zatrzymuje promienie ultrafioletowe ze słońca i zmniejsza ich destrukcyjny wpływ na florę i faunę do akceptowalnej wartości.
Warto zauważyć, że stratosfera pochłania wiele rodzajów promieniowania, które dociera do Ziemi ze Słońca, innych gwiazd i przestrzeni kosmicznej. Energia otrzymana z tych cząstek trafia do jonizacji znajdujących się tu cząsteczek i atomów, pojawiają się różne związki chemiczne.
Wszystko to prowadzi do tak znanego i barwnego zjawiska jak zorza polarna.
Mezosfera
Mezosfera zaczyna się na około 50 i rozciąga się na 90 kilometrów. Gradient, czyli spadek temperatury wraz ze zmianą wysokości, nie jest tu tak duży, jak w niższych warstwach. W górnych granicach tej powłoki temperatura wynosi około -80°C. Skład tego regionu zawiera około 80% azotu, a także 20% tlenu.
Należy zauważyć, że mezosfera jest rodzajem martwej strefy dla wszelkich urządzeń latających. Samoloty nie mogą tu latać, ponieważ powietrze jest niezwykle rozrzedzone, a satelity nie mogą latać na tak małej wysokości, ponieważ dostępna dla nich gęstość powietrza jest dla nich bardzo duża.
Jeszcze jeden ciekawa charakterystyka mezosfera - to tutaj płoną meteoryty, które uderzyły w planetę. Badanie takich odległych od ziemi warstw odbywa się za pomocą specjalnych rakiet, jednak wydajność procesu jest niska, więc znajomość regionu pozostawia wiele do życzenia.
Termosfera
Natychmiast po pojawieniu się rozpatrywanej warstwy termosfera, której wysokość w km rozciąga się aż na 800 km. W pewnym sensie jest to prawie otwarta przestrzeń. Występuje agresywne oddziaływanie promieniowania kosmicznego, promieniowania słonecznego.
Wszystko to daje początek tak wspaniałemu i pięknemu zjawisku jak zorza polarna.
Najniższa warstwa termosfery nagrzewa się do temperatury około 200 K lub więcej. Dzieje się tak dzięki elementarnym procesom między atomami i cząsteczkami, ich rekombinacji i promieniowaniu.
Górne warstwy są ogrzewane dzięki przepływającym tutaj przepływom. burze magnetyczne, prądy elektryczne, które są następnie generowane. Temperatura złoża nie jest jednolita i może się bardzo wahać.
W termosferze lot większości sztuczne satelity, ciała balistyczne, stacje załogowe itp. Testuje również wystrzeliwanie różnych rodzajów broni i pocisków.
Egzosfera
Egzosfera, lub jak to się nazywa sfera rozpraszająca, to najwyższy poziom naszej atmosfery, jej granica, po której następuje międzyplanetarna przestrzeń kosmiczna. Egzosfera zaczyna się na wysokości około 800-1000 kilometrów.
Gęste warstwy pozostają w tyle i tutaj powietrze jest niezwykle rozrzedzone, wszelkie cząstki, które spadają z boku, są po prostu wynoszone w kosmos z powodu bardzo słabego działania grawitacji.
Pocisk ten kończy się na wysokości około 3000-3500 km i prawie nie ma tu cząstek. Ta strefa nazywana jest bliską próżnią kosmiczną. Panują tu nie pojedyncze cząstki w ich zwykłym stanie, ale plazma, najczęściej całkowicie zjonizowana.
Znaczenie atmosfery w życiu Ziemi
Tak wyglądają wszystkie główne poziomy struktury atmosfery naszej planety. Jego szczegółowy schemat może obejmować inne regiony, ale mają one już drugorzędne znaczenie.
To ważne by zauważyć że Atmosfera odgrywa kluczową rolę w życiu na Ziemi. Duża ilość ozonu w stratosferze pozwala florze i faunie na ucieczkę przed śmiertelnymi skutkami promieniowania i promieniowania z kosmosu.
Również tutaj kształtuje się pogoda, zachodzą wszystkie zjawiska atmosferyczne, cyklony, wiatry powstają i giną, ustala się takie lub inne ciśnienie. Wszystko to ma bezpośredni wpływ na stan człowieka, wszystkich żywych organizmów i roślin.
Najbliższa warstwa, troposfera, daje nam możliwość oddychania, nasyca tlenem całe życie i pozwala mu żyć. Nawet niewielkie odchylenia w strukturze i składzie atmosfery mogą mieć najbardziej szkodliwy wpływ na wszystkie żywe istoty.
Dlatego właśnie rozpoczęto taką kampanię przeciwko szkodliwym emisjom z samochodów i produkcji, ekolodzy biją na alarm o grubości warstwy ozonowej, Zieloni i jej podobni opowiadają się za maksymalną ochroną przyrody. Tylko w ten sposób można przedłużyć normalne życie na ziemi i nie sprawić, by było ono nieznośne pod względem klimatycznym.
Jego górna granica znajduje się na wysokości 8-10 km w polarnych, 10-12 km w umiarkowanych i 16-18 km w tropikalnych szerokościach geograficznych; niższa zimą niż latem. Dolna, główna warstwa atmosfery. Zawiera ponad 80% całkowitej masy powietrza atmosferycznego i około 90% całej pary wodnej obecnej w atmosferze. W troposferze silnie rozwijają się turbulencje i konwekcja, pojawiają się chmury, rozwijają się cyklony i antycyklony. Temperatura spada wraz z wysokością ze średnim nachyleniem pionowym 0,65°/100 m
Za „normalne warunki” na powierzchni Ziemi przyjmuje się: gęstość 1,2 kg/m3, ciśnienie barometryczne 101,35 kPa, temperatura plus 20 °C i wilgotność względna 50%. Te wskaźniki warunkowe mają wartość czysto inżynierską.
Stratosfera
Warstwa atmosfery znajdująca się na wysokości od 11 do 50 km. Typowa jest niewielka zmiana temperatury w warstwie 11-25 km (dolna warstwa stratosfery) i jej wzrost w warstwie 25-40 km od -56,5 do 0,8° (górna stratosfera lub region inwersji). Po osiągnięciu wartości około 273 K (prawie 0 ° C) na wysokości około 40 km, temperatura utrzymuje się na stałym poziomie do wysokości około 55 km. Ten obszar o stałej temperaturze nazywany jest stratopauzą i stanowi granicę między stratosferą a mezosferą.
Stratopauza
Warstwa graniczna atmosfery między stratosferą a mezosferą. W pionowym rozkładzie temperatury występuje maksimum (około 0°C).
Mezosfera
Mezopauza
Warstwa przejściowa między mezosferą a termosferą. W pionowym rozkładzie temperatur występuje minimum (około -90°C).
Linia Karmana
Wysokość nad poziomem morza, która jest umownie uznawana za granicę między atmosferą ziemską a przestrzenią.
Termosfera
Górna granica to około 800 km. Temperatura wzrasta do wysokości 200-300 km, gdzie osiąga wartości rzędu 1500 K, po czym pozostaje prawie stała do dużych wysokości. Pod wpływem ultrafioletowego i rentgenowskiego promieniowania słonecznego i kosmicznego powietrze ulega jonizacji („światło polarne”) – główne obszary jonosfery leżą wewnątrz termosfery. Na wysokościach powyżej 300 km dominuje tlen atomowy.
Egzosfera (sfera rozpraszająca)
Do wysokości 100 km atmosfera jest jednorodną, dobrze wymieszaną mieszaniną gazów. W wyższych warstwach rozkład gazów na wysokość zależy od ich masy cząsteczkowe, stężenie cięższych gazów spada szybciej wraz z odległością od powierzchni Ziemi. Ze względu na spadek gęstości gazu temperatura spada od 0°C w stratosferze do -110°C w mezosferze. ale energia kinetyczna pojedyncze cząstki na wysokości 200-250 km odpowiadają temperaturze ~1500°C. Powyżej 200 km obserwuje się znaczne wahania temperatury i gęstości gazu w czasie i przestrzeni.
Na wysokości około 2000-3000 km egzosfera stopniowo przechodzi w tzw w pobliżu próżni kosmicznej, który jest wypełniony bardzo rozrzedzonymi cząsteczkami gazu międzyplanetarnego, głównie atomami wodoru. Ale ten gaz to tylko część materii międzyplanetarnej. Druga część składa się z pyłopodobnych cząstek pochodzenia kometarnego i meteorytowego. Oprócz niezwykle rozrzedzonych cząstek pyłopodobnych w tę przestrzeń przenika promieniowanie elektromagnetyczne i korpuskularne pochodzenia słonecznego i galaktycznego.
Troposfera odpowiada za około 80% masy atmosfery, stratosfera za około 20%; masa mezosfery - nie więcej niż 0,3%, termosfery - mniej niż 0,05% waga całkowita atmosfera. Na podstawie właściwości elektrycznych w atmosferze rozróżnia się neutrosferę i jonosferę. Obecnie uważa się, że atmosfera rozciąga się na wysokość 2000-3000 km.
W zależności od składu gazu w atmosferze emitują homosfera I heterosfera. heterosfera- jest to obszar, w którym grawitacja wpływa na separację gazów, ponieważ ich mieszanie na takiej wysokości jest znikome. Stąd wynika zmienny skład heterosfery. Poniżej znajduje się dobrze wymieszana, jednorodna część atmosfery, zwana homosferą. Granica między tymi warstwami nazywana jest turbopauzą, leży na wysokości około 120 km.
Właściwości fizyczne
Grubość atmosfery wynosi około 2000 - 3000 km od powierzchni Ziemi. Całkowita masa powietrza - (5,1-5,3)? 10 18 kg. Masa molowa czystego suchego powietrza wynosi 28,966. Ciśnienie w temperaturze 0 °C na poziomie morza 101,325 kPa; temperatura krytyczna <140,7°C; ciśnienie krytyczne 3,7 MPa; C p 1,0048?10? J / (kg K) (w 0 ° C), C v 0,7159 10? J/(kg·K) (przy 0 °C). Rozpuszczalność powietrza w wodzie przy 0°С - 0,036%, przy 25°С - 0,22%.
Fizjologiczne i inne właściwości atmosfery
Już na wysokości 5 km nad poziomem morza niewytrenowana osoba cierpi na głód tlenu i bez adaptacji wydajność osoby jest znacznie zmniejszona. Na tym kończy się fizjologiczna strefa atmosfery. Oddychanie człowieka staje się niemożliwe na wysokości 15 km, chociaż do około 115 km atmosfera zawiera tlen.
Atmosfera dostarcza nam tlenu, którego potrzebujemy do oddychania. Jednak ze względu na spadek całkowitego ciśnienia atmosfery podczas wznoszenia się na wysokość, ciśnienie parcjalne tlenu również odpowiednio się zmniejsza.
Płuca człowieka zawierają stale około 3 litrów powietrza pęcherzykowego. Ciśnienie cząstkowe tlenu w powietrzu pęcherzykowym przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym wynosi 110 mm Hg. Art., ciśnienie dwutlenku węgla - 40 mm Hg. Art., a para wodna - 47 mm Hg. Sztuka. Wraz ze wzrostem wysokości ciśnienie tlenu spada, a całkowite ciśnienie pary wodnej i dwutlenku węgla w płucach pozostaje prawie stałe - około 87 mm Hg. Sztuka. Przepływ tlenu do płuc zostanie całkowicie zatrzymany, gdy ciśnienie otaczającego powietrza zrówna się z tą wartością.
Na wysokości około 19-20 km ciśnienie atmosferyczne spada do 47 mm Hg. Sztuka. Dlatego na tej wysokości woda i płyn śródmiąższowy zaczynają wrzeć w ludzkim ciele. Na tych wysokościach poza kabiną ciśnieniową śmierć następuje niemal natychmiast. Tak więc z punktu widzenia fizjologii człowieka „przestrzeń” zaczyna się już na wysokości 15-19 km.
Gęste warstwy powietrza - troposfera i stratosfera - chronią nas przed niszczącym działaniem promieniowania. Przy wystarczającym rozrzedzeniu powietrza, na wysokości powyżej 36 km, promieniowanie jonizujące ma intensywny wpływ na organizm - pierwotny promieniowanie kosmiczne; na wysokościach powyżej 40 km działa ultrafioletowa część widma słonecznego, która jest niebezpieczna dla ludzi.
Kiedy wznosimy się na coraz większą wysokość nad powierzchnią Ziemi, znane nam zjawiska obserwowane w niższych warstwach atmosfery, takie jak propagacja dźwięku, pojawienie się siły nośnej i oporu aerodynamicznego, wymiana ciepła przez konwekcję itp. ., stopniowo słabną, a następnie całkowicie znikają.
W rozrzedzonych warstwach powietrza rozchodzenie się dźwięku jest niemożliwe. Do wysokości 60-90 km nadal możliwe jest wykorzystanie oporu powietrza i windy do kontrolowanego lotu aerodynamicznego. Ale począwszy od wysokości 100-130 km, pojęcia liczby M i bariery dźwiękowej znane każdemu pilotowi tracą sens, przechodzi warunkowa Linia Karmana, za którą zaczyna się sfera czysto balistycznego lotu, który może być tylko kontrolowany za pomocą sił reaktywnych.
Na wysokościach powyżej 100 km atmosfera pozbawiona jest również innej niezwykłej właściwości – zdolności do pochłaniania, przewodzenia i przenoszenia energii cieplnej na drodze konwekcji (tj. poprzez mieszanie powietrza). Oznacza to, że różne elementy wyposażenia, wyposażenie orbitalu stacja Kosmiczna nie będą mogły być chłodzone z zewnątrz, jak to zwykle robi się w samolocie - za pomocą dysz powietrznych i chłodnic powietrznych. Na takiej wysokości, jak w ogóle w kosmosie, jedynym sposobem przekazywania ciepła jest promieniowanie cieplne.
Skład atmosfery
Atmosfera ziemska składa się głównie z gazów i różnych zanieczyszczeń (kurz, krople wody, kryształki lodu, sole morskie, produkty spalania).
Stężenie gazów tworzących atmosferę jest prawie stałe, z wyjątkiem wody (H 2 O) i dwutlenku węgla (CO 2).
| Gaz | Zawartość objętościowo, % |
Zawartość wagowo, % |
|---|---|---|
| Azot | 78,084 | 75,50 |
| Tlen | 20,946 | 23,10 |
| Argon | 0,932 | 1,286 |
| Woda | 0,5-4 | - |
| Dwutlenek węgla | 0,032 | 0,046 |
| Neon | 1,818×10-3 | 1,3×10-3 |
| Hel | 4,6×10-4 | 7,2×10-5 |
| Metan | 1,7×10-4 | - |
| Krypton | 1,14×10-4 | 2,9×10-4 |
| Wodór | 5×10-5 | 7,6×10-5 |
| Ksenon | 8,7×10 -6 | - |
| Podtlenek azotu | 5×10-5 | 7,7×10-5 |
Oprócz gazów wskazanych w tabeli atmosfera zawiera SO 2, NH 3, CO, ozon, węglowodory, HCl, pary, I 2, a także wiele innych gazów w niewielkich ilościach. W troposferze stale znajduje się duża ilość zawieszonych cząstek stałych i ciekłych (aerozolu).
Historia powstawania atmosfery
Zgodnie z najpowszechniejszą teorią, atmosfera ziemska na przestrzeni czasu miała cztery różne składy. Początkowo składał się z lekkich gazów (wodoru i helu) wychwyconych z przestrzeni międzyplanetarnej. To tak zwane pierwotna atmosfera(około cztery miliardy lat temu). W kolejnym etapie aktywna aktywność wulkaniczna doprowadziła do nasycenia atmosfery gazami innymi niż wodór (dwutlenek węgla, amoniak, para wodna). Oto jak atmosfera wtórna(około trzech miliardów lat przed naszymi dniami). Ta atmosfera była regenerująca. Ponadto proces tworzenia atmosfery był determinowany przez następujące czynniki:
- wyciek lekkich gazów (wodoru i helu) do przestrzeni międzyplanetarnej;
- reakcje chemiczne zachodzące w atmosferze pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, wyładowań atmosferycznych i innych czynników.
Stopniowo te czynniki doprowadziły do powstania trzeciorzędowa atmosfera, charakteryzujący się znacznie niższą zawartością wodoru oraz znacznie wyższą zawartością azotu i dwutlenku węgla (powstałego w wyniku reakcji chemicznych z amoniakiem i węglowodorami).
Azot
Powstawanie dużej ilości N 2 jest spowodowane utlenianiem atmosfery amoniakowo-wodorowej przez cząsteczkowy O 2 , który zaczął wydobywać się z powierzchni planety w wyniku fotosyntezy, począwszy od 3 miliardów lat temu. N2 jest również uwalniany do atmosfery w wyniku denitryfikacji azotanów i innych związków zawierających azot. Azot jest utleniany przez ozon do NO w górnych warstwach atmosfery.
Azot N 2 wchodzi w reakcje tylko w określonych warunkach (na przykład podczas wyładowania atmosferycznego). Utlenianie azotu cząsteczkowego przez ozon podczas wyładowań elektrycznych jest wykorzystywane w przemysłowej produkcji nawozów azotowych. Utleniaj go przy niskim zużyciu energii i przekształć w biologicznie aktywna forma sinice (sinice) i bakterie brodawkowe, które tworzą symbiozę z roślinami strączkowymi, tzw. nawóz zielony.
Tlen
Wraz z pojawieniem się na Ziemi organizmów żywych, w wyniku fotosyntezy, której towarzyszyło wydzielanie tlenu i absorpcja dwutlenku węgla, skład atmosfery zaczął się radykalnie zmieniać. Początkowo tlen zużywano na utlenianie zredukowanych związków - amoniaku, węglowodorów, żelaznej formy żelaza zawartej w oceanach itp. ten etap zawartość tlenu w atmosferze zaczęła rosnąć. Stopniowo utworzyła się nowoczesna atmosfera o właściwościach utleniających. Ponieważ spowodowało to poważne i gwałtowne zmiany w wielu procesach zachodzących w atmosferze, litosferze i biosferze, wydarzenie to nazwano Katastrofą tlenową.
Dwutlenek węgla
Zawartość CO 2 w atmosferze zależy od aktywności wulkanicznej i procesów chemicznych zachodzących w powłokach ziemskich, ale przede wszystkim od intensywności biosyntezy i rozkładu materii organicznej w biosferze Ziemi. Prawie cała obecna biomasa planety (około 2,4 × 10 12 ton) powstaje dzięki zawartości dwutlenku węgla, azotu i pary wodnej zawartej w powietrzu atmosferycznym. Zagrzebana w oceanach, bagnach i lasach materia organiczna zamienia się w węgiel, ropę i gaz ziemny. (patrz geochemiczny obieg węgla)
Gazy szlachetne
Zanieczyszczenie powietrza
Ostatnio człowiek zaczął wpływać na ewolucję atmosfery. Efektem jego działań był stały znaczny wzrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze na skutek spalania paliw węglowodorowych nagromadzonych w poprzednich epokach geologicznych. Ogromne ilości CO 2 są zużywane podczas fotosyntezy i pochłaniane przez oceany na świecie. Gaz ten przedostaje się do atmosfery w wyniku rozkładu skał węglanowych i substancji organicznych pochodzenia roślinnego i zwierzęcego, a także w wyniku działalności wulkanicznej i produkcji człowieka. W ciągu ostatnich 100 lat zawartość CO 2 w atmosferze wzrosła o 10%, przy czym główna część (360 miliardów ton) pochodzi ze spalania paliw. Jeśli tempo wzrostu spalania paliw będzie się utrzymywać, to w ciągu najbliższych 50-60 lat ilość CO 2 w atmosferze podwoi się i może doprowadzić do globalnych zmian klimatycznych.
Spalanie paliw jest głównym źródłem zanieczyszczających gazów (СО, SO 2). Dwutlenek siarki jest utleniany przez tlen atmosferyczny do SO 3 w górnej atmosferze, który z kolei oddziałuje z parą wodną i amoniakiem, a powstały kwas siarkowy (H 2 SO 4) i siarczan amonu ((NH 4) 2 SO 4) wracają do powierzchnię Ziemi w postaci tzw. kwaśny deszcz. Stosowanie
- W kontakcie z 0
- Google Plus 0
- ok 0
- Facebook 0
