Съставът на земята. Въздух

Въздухът е механична смес от различни газове, които изграждат земната атмосфера. Въздухът е от съществено значение за дишането на живите организми и се използва широко в промишлеността.

Фактът, че въздухът е смес, а не хомогенно вещество, е доказано по време на експериментите на шотландския учен Джоузеф Блек. По време на един от тях ученият откри, че при нагряване на бял магнезий (магнезиев карбонат) се освобождава „свързан въздух“, тоест въглероден диоксид, и се образува изгорен магнезий (магнезиев оксид). За разлика от това, когато се изпича варовик, „свързаният въздух“ се отстранява. Въз основа на тези експерименти ученият заключава, че разликата между въглеродни и каустични основи е, че първите включват въглероден диоксид, който е един от компонентите на въздуха. Днес знаем, че освен въглеродния диоксид, съставът на земния въздух включва:

Съотношението на газовете в земната атмосфера, посочено в таблицата, е характерно за долните й слоеве, до височина 120 км. В тези области се намира добре смесена, хомогенна област, наречена хомосфера. Над хомосферата се намира хетеросферата, която се характеризира с разлагането на газовите молекули на атоми и йони. Регионите са разделени един от друг с турбопауза.

Химическата реакция, при която под въздействието на слънчевата и космическата радиация молекулите се разпадат на атоми, се нарича фотодисоциация. При разпадането на молекулярния кислород се образува атомарен кислород, който е основният газ на атмосферата на височини над 200 км. На височини над 1200 км започват да преобладават водородът и хелият, които са най-леките от газовете.

Тъй като по-голямата част от въздуха е концентрирана в 3-те долни атмосферни слоя, промените в състава на въздуха на надморска височина над 100 km не оказват забележимо влияние върху общия състав на атмосферата.

Азотът е най-разпространеният газ, който представлява повече от три четвърти от обема на въздуха на Земята. Съвременният азот е образуван от окисляването на ранната амонячно-водородна атмосфера с молекулярен кислород, който се образува по време на фотосинтезата. Понастоящем малко количество азот навлиза в атмосферата в резултат на денитрификация - процесът на редукция на нитратите до нитрити, последван от образуването на газообразни оксиди и молекулярен азот, който се произвежда от анаеробни прокариоти. Известно количество азот навлиза в атмосферата по време на вулканични изригвания.

В горната атмосфера, когато е изложен на електрически разряди с участието на озон, молекулярният азот се окислява до азотен оксид:

N 2 + O 2 → 2NO

При нормални условия моноксидът незабавно реагира с кислорода, за да образува азотен оксид:

2NO + O 2 → 2N 2 O

Азотът е най-важният химичен елемент в земната атмосфера. Азотът е част от протеините, осигурява минерално хранене на растенията. Той определя скоростта на биохимичните реакции, играе ролята на разредител на кислорода.

Кислородът е вторият най-разпространен газ в земната атмосфера. Образуването на този газ е свързано с фотосинтетичната активност на растенията и бактериите. И колкото по-разнообразни и многобройни стават фотосинтезиращите организми, толкова по-значителен става процесът на съдържание на кислород в атмосферата. По време на дегазирането на мантията се отделя малко количество тежък кислород.

В горните слоеве на тропосферата и стратосферата под въздействието на ултравиолетовото слънчево лъчение (означаваме го като hν) се образува озон:

O 2 + hν → 2O

В резултат на действието на същото ултравиолетово лъчение озонът се разпада:

O 3 + hν → O 2 + O

O 3 + O → 2O 2

В резултат на първата реакция се образува атомарен кислород, в резултат на втората - молекулярен кислород. Всичките 4 реакции се наричат ​​механизъм на Чапман, на името на британския учен Сидни Чапман, който ги открива през 1930 г.

Кислородът се използва за дишането на живите организми. С негова помощ протичат процесите на окисляване и изгаряне.

Озонът служи за защита на живите организми от ултравиолетовото лъчение, което причинява необратими мутации. Най-висока концентрация на озон се наблюдава в долната стратосфера в рамките на т.нар. озонов слой или озонов екран, разположен на надморска височина от 22-25 km. Съдържанието на озон е малко: при нормално налягане целият озон в земната атмосфера би заемал слой с дебелина само 2,91 mm.

Образуването на третия най-често срещан газ в атмосферата, аргон, както и неон, хелий, криптон и ксенон, се свързва с вулканични изригвания и разпадане на радиоактивни елементи.

По-специално, хелият е продукт на радиоактивното разпадане на уран, торий и радий: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (в тези реакции α- частицата е хелиево ядро, което в процеса на загуба на енергия улавя електрони и се превръща в 4 He).

Аргонът се образува при разпадането на радиоактивния изотоп на калия: 40 K → 40 Ar + γ.

Неонът излиза от магмени скали.

Криптонът се образува като краен продукт от разпада на уран (235 U и 238 U) и торий Th.

По-голямата част от атмосферния криптон се образува в ранните етапи на еволюцията на Земята в резултат на разпадането на трансуранови елементи с феноменално кратък период на полуразпад или идва от космоса, съдържанието на криптон в което е десет милиона пъти по-високо от това на Земята .

Ксенонът е резултат от деленето на урана, но по-голямата част от този газ е останал от ранните етапи на формирането на Земята, от първичната атмосфера.

Въглеродният диоксид навлиза в атмосферата в резултат на вулканични изригвания и в процеса на разлагане на органични вещества. Съдържанието му в атмосферата на средните ширини на Земята варира значително в зависимост от сезоните на годината: през зимата количеството на CO 2 се увеличава, а през лятото намалява. Това колебание е свързано с дейността на растенията, които използват въглероден диоксид в процеса на фотосинтеза.

Водородът се образува в резултат на разлагането на водата от слънчевата радиация. Но тъй като е най-лекият от газовете, които изграждат атмосферата, той постоянно излиза в открития космос и следователно съдържанието му в атмосферата е много малко.

Водната пара е резултат от изпарението на водата от повърхността на езерата, реките, моретата и сушата.

Концентрацията на основните газове в долните слоеве на атмосферата, с изключение на водните пари и въглеродния диоксид, е постоянна. В малки количества атмосферата съдържа серен оксид SO 2, амоняк NH 3, въглероден оксид CO, озон O 3, хлороводород HCl, флуороводород HF, азотен оксид NO, въглеводороди, живачни пари Hg, йод I 2 и много други. В долния атмосферен слой на тропосферата постоянно има голямо количество суспендирани твърди и течни частици.

Източници на прахови частици в земната атмосфера са вулканични изригвания, растителен прашец, микроорганизми и напоследък човешки дейности като изгарянето на изкопаеми горива в производствените процеси. Най-малките частици прах, които са ядрата на кондензацията, са причините за образуването на мъгли и облаци. Без твърди частици, постоянно присъстващи в атмосферата, валежите не биха паднали на Земята.

Атмосфера (от гръцки ατμός - "пара" и σφαῖρα - "сфера") - газовата обвивка на небесно тяло, задържана около него от гравитацията. Атмосфера - газовата обвивка на планетата, състояща се от смес от различни газове, водна пара и прах. Обменът на материя между Земята и Космоса се осъществява чрез атмосферата. Земята получава космически прах и метеоритен материал, губи най-леките газове: водород и хелий. Атмосферата на Земята е проникната от мощното слънчево лъчение, което определя топлинния режим на повърхността на планетата, причинявайки дисоциацията на молекулите на атмосферния газ и йонизацията на атомите.

Атмосферата на Земята съдържа кислород, който се използва от повечето живи организми за дишане, и въглероден диоксид, който се консумира от растения, водорасли и цианобактерии по време на фотосинтеза. Атмосферата също е защитен слой на планетата, предпазвайки нейните жители от слънчевата ултравиолетова радиация.

Всички масивни тела имат атмосфера – планети от земен тип, газови гиганти.

Състав на атмосферата

Атмосферата е смес от газове, състояща се от азот (78,08%), кислород (20,95%), въглероден диоксид (0,03%), аргон (0,93%), малко количество хелий, неон, ксенон, криптон (0,01%), 0,038% въглероден диоксид и малки количества водород, хелий, други благородни газове и замърсители.

Съвременният състав на въздуха на Земята е установен преди повече от сто милиона години, но рязко нарасналата човешка производствена дейност все пак доведе до неговата промяна. В момента се наблюдава увеличение на съдържанието на CO 2 с около 10-12% Газовете, които изграждат атмосферата, изпълняват различни функционални роли. Но основното значение на тези газове се определя преди всичко от факта, че те много силно поглъщат лъчиста енергия и по този начин оказват значително влияние върху температурния режим на земната повърхност и атмосферата.

Първоначалният състав на атмосферата на планетата обикновено зависи от химичните и топлинните свойства на слънцето по време на формирането на планетите и последващото освобождаване на външни газове. След това съставът на газовата обвивка се развива под въздействието на различни фактори.

Атмосферата на Венера и Марс е предимно въглероден диоксид с малки добавки на азот, аргон, кислород и други газове. Земната атмосфера до голяма степен е продукт на организмите, живеещи в нея. Нискотемпературните газови гиганти - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун - могат да задържат предимно газове с ниско молекулно тегло - водород и хелий. Високотемпературните газови гиганти, като Озирис или 51 Pegasi b, напротив, не могат да го задържат и молекулите на тяхната атмосфера са разпръснати в космоса. Този процес е бавен и непрекъснат.

азот,най-често срещаният газ в атмосферата, химически малко активен.

Кислород, за разлика от азота, е химически много активен елемент. Специфичната функция на кислорода е окисляването на органичната материя на хетеротрофни организми, скали и недостатъчно окислени газове, изпускани в атмосферата от вулкани. Без кислород не би имало разлагане на мъртва органична материя.

Структура на атмосферата

Структурата на атмосферата се състои от две части: вътрешна - тропосфера, стратосфера, мезосфера и термосфера, или йоносфера, и външна - магнитосфера (екзосфера).

1) Тропосфера- това е долната част на атмосферата, в която са съсредоточени 3/4 т.е. ~ 80% от цялата земна атмосфера. Височината му се определя от интензивността на вертикалните (възходящи или низходящи) въздушни течения, причинени от нагряването на земната повърхност и океана, така че дебелината на тропосферата на екватора е 16-18 km, в умерените ширини 10-11 km , а на полюсите - до 8 км. Температурата на въздуха в тропосферата на височина се понижава с 0,6ºС на всеки 100m и варира от +40 до -50ºС.

2) Стратосфераразположен над тропосферата и има височина до 50 km от повърхността на планетата. Температурата на надморска височина до 30 км е постоянна -50ºС. След това започва да се издига и на височина 50 км достига +10ºС.

Горната граница на биосферата е озоновият екран.

Озоновият екран е слой от атмосферата в стратосферата, разположен на различни височини от повърхността на Земята и имащ максимална плътност на озона на височина 20-26 km.

Височината на озоновия слой на полюсите се оценява на 7-8 km, на екватора на 17-18 km, а максималната височина на наличието на озон е 45-50 km. Над озоновия екран животът е невъзможен поради суровата ултравиолетова радиация на Слънцето. Ако компресирате всички озонови молекули, ще получите слой от ~ 3 mm около планетата.

3) Мезосфера– горната граница на този слой е разположена до височина 80 км. Основната му характеристика е рязък спад на температурата -90ºС на горната му граница. Тук са фиксирани сребристи облаци, състоящи се от ледени кристали.

4) Йоносфера (термосфера) -намира се до надморска височина от 800 km и се характеризира със значително повишаване на температурата:

150км температура +240ºС,

200км температура +500ºС,

600км температура +1500ºС.

Под въздействието на ултравиолетовото лъчение от слънцето газовете са в йонизирано състояние. Йонизацията е свързана със светенето на газовете и появата на полярни сияния.

Йоносферата има способността многократно да отразява радиовълните, което осигурява радиокомуникации на дълги разстояния на планетата.

5) Екзосфера- намира се над 800 км и се простира до 3000 км. Тук температурата е >2000ºС. Скоростта на движение на газа се доближава до критичната ~ 11,2 км/сек. Доминират водородните и хелиевите атоми, които образуват светеща корона около Земята, простираща се до надморска височина от 20 000 км.

Функции на атмосферата

1) Терморегулиране - времето и климатът на Земята зависи от разпределението на топлината, налягането.

2) Животоподдържащ.

3) В тропосферата има глобално вертикално и хоризонтално движение на въздушните маси, което определя водния цикъл, топлообмена.

4) Почти всички повърхностни геоложки процеси се дължат на взаимодействието на атмосферата, литосферата и хидросферата.

5) Защитна – атмосферата защитава земята от космоса, слънчевата радиация и метеоритния прах.

Функции на атмосферата. Без атмосфера животът на Земята би бил невъзможен. Човек консумира 12-15 кг дневно. въздух, като всяка минута вдишва от 5 до 100 литра, което значително надвишава средната дневна нужда от храна и вода. В допълнение, атмосферата надеждно защитава човек от опасности, които го заплашват от космоса: не пропуска метеорити и космическа радиация. Човек може да живее пет седмици без храна, пет дни без вода и пет минути без въздух. Нормалният живот на хората изисква не само въздух, но и определена чистота. Здравето на хората, състоянието на флората и фауната, здравината и издръжливостта на конструкциите на сградите и конструкциите зависят от качеството на въздуха. Замърсеният въздух е вреден за водите, земята, моретата, почвите. Атмосферата определя светлината и регулира термичните режими на земята, допринася за преразпределението на топлината на земното кълбо. Газовата обвивка предпазва Земята от прекомерно охлаждане и нагряване. Ако нашата планета не беше заобиколена от въздушна обвивка, тогава за един ден амплитудата на температурните колебания би достигнала 200 С. Атмосферата спасява всичко живо на Земята от разрушителните ултравиолетови, рентгенови и космически лъчи. Значението на атмосферата за разпространението на светлината е голямо. Неговият въздух разбива слънчевите лъчи на милиони малки лъчи, разпръсква ги и създава равномерно осветление. Атмосферата служи като проводник на звуци.

Структурата и съставът на земната атмосфера, трябва да се каже, не винаги са били постоянни стойности в един или друг период от развитието на нашата планета. Днес вертикалната структура на този елемент, която има обща "дебелина" от 1,5-2,0 хиляди км, е представена от няколко основни слоя, включително:

1. Тропосфера.
2. тропопауза.
3. Стратосфера.
4. Стратопауза.
5. мезосфера и мезопауза.
6. Термосфера.
7. екзосфера.

Основни елементи на атмосферата

Тропосферата е слой, в който се наблюдават силни вертикални и хоризонтални движения, тук се формират времето, валежите и климатичните условия. Той се простира на 7-8 километра от повърхността на планетата почти навсякъде, с изключение на полярните региони (там - до 15 km). В тропосферата има постепенно намаляване на температурата, приблизително 6,4 ° C с всеки километър надморска височина. Тази цифра може да е различна за различните географски ширини и сезони.

Съставът на земната атмосфера в тази част е представен от следните елементи и техните проценти:

Азот - около 78 процента;

Кислород - почти 21 процента;

Аргон - около един процент;

Въглероден диоксид - по-малко от 0,05%.

Единична композиция до височина 90 километра

Освен това тук могат да бъдат открити прах, водни капчици, водна пара, продукти от горенето, ледени кристали, морски соли, много аерозолни частици и т. н. Този състав на земната атмосфера се наблюдава до приблизително деветдесет километра височина, така че въздухът е приблизително еднакъв по химичен състав не само в тропосферата, но и в горните слоеве. Но там атмосферата има коренно различни физични свойства. Слоят, който има общ химичен състав, се нарича хомосфера.

Какви други елементи има в земната атмосфера? Като процент (по обем, в сух въздух), газове като криптон (около 1,14 x 10 -4), ксенон (8,7 x 10 -7), водород (5,0 x 10 -5), метан (около 1,7 x 10 - 4), азотен оксид (5,0 х 10 -5) и др. По отношение на масовото съдържание на изброените компоненти най-много са азотният оксид и водородът, следвани от хелий, криптон и др.

Физични свойства на различни атмосферни слоеве

Физическите свойства на тропосферата са тясно свързани с нейното прикрепване към повърхността на планетата. Оттук отразената слънчева топлина под формата на инфрачервени лъчи се изпраща обратно нагоре, включително процесите на топлопроводимост и конвекция. Ето защо температурата пада с отдалечаване от земната повърхност. Това явление се наблюдава до височината на стратосферата (11-17 километра), след това температурата става почти непроменена до нивото от 34-35 километра, а след това отново има повишаване на температурите до височини от 50 километра ( горната граница на стратосферата). Между стратосферата и тропосферата има тънък междинен слой на тропопаузата (до 1-2 km), където се наблюдават постоянни температури над екватора - около минус 70 ° C и по-долу. Над полюсите тропопаузата се "затопля" през лятото до минус 45°C, през зимата температурите тук варират около -65°C.

Газовият състав на земната атмосфера включва такъв важен елемент като озон. Има сравнително малко от него близо до повърхността (десет на минус шеста степен на процента), тъй като газът се образува под въздействието на слънчевата светлина от атомарния кислород в горните части на атмосферата. По-специално, по-голямата част от озона е на надморска височина от около 25 км, а целият "озонов екран" е разположен в райони от 7-8 км в района на полюсите, от 18 км на екватора и до петдесет километра като цяло над повърхността на планетата.

Атмосферата предпазва от слънчева радиация

Съставът на въздуха на земната атмосфера играе много важна роля за запазването на живота, тъй като отделните химични елементи и състави успешно ограничават достъпа на слънчевата радиация до земната повърхност и хората, животните и растенията, живеещи на нея. Например, молекулите на водната пара ефективно абсорбират почти всички диапазони на инфрачервеното лъчение, с изключение на дължините в диапазона от 8 до 13 микрона. Озонът, от друга страна, абсорбира ултравиолетовото лъчение до дължина на вълната 3100 A. Без тънкия му слой (средно 3 mm, ако е поставен на повърхността на планетата), само водата на дълбочина над 10 метра и подземните пещери, където слънчевата радиация не достига, могат да бъдат обитавани.

Нула по Целзий при стратопауза

Между следващите две нива на атмосферата, стратосферата и мезосферата, има забележителен слой - стратопаузата. Тя приблизително съответства на височината на озоновите максимуми и тук се наблюдава относително комфортна за човека температура - около 0°C. Над стратопаузата, в мезосферата (започва някъде на височина 50 km и завършва на височина 80-90 km), отново има спад на температурата с увеличаване на разстоянието от повърхността на Земята (до минус 70-80 ° ° С). В мезосферата метеорите обикновено изгарят напълно.

В термосферата - плюс 2000 К!

Химическият състав на земната атмосфера в термосферата (започва след мезопаузата от надморска височина от около 85-90 до 800 km) определя възможността за такова явление като постепенното нагряване на слоеве от много разреден "въздух" под въздействието на слънчевата светлина радиация. В тази част на "въздушното одеяло" на планетата възникват температури от 200 до 2000 K, които се получават във връзка с йонизацията на кислорода (над 300 km е атомарният кислород), както и рекомбинацията на кислородните атоми в молекули , съпроводено с отделяне на голямо количество топлина. Термосферата е мястото, където произлизат полярните сияния.

Над термосферата е екзосферата - външният слой на атмосферата, от който светлината и бързо движещите се водородни атоми могат да излязат в открития космос. Химическият състав на земната атмосфера тук е представен повече от отделни кислородни атоми в долните слоеве, хелиеви атоми в средните и почти изключително водородни атоми в горните. Тук преобладават високи температури - около 3000 К и няма атмосферно налягане.

Как се е образувала земната атмосфера?

Но, както бе споменато по-горе, планетата не винаги е имала такъв състав на атмосферата. Общо има три концепции за произхода на този елемент. Първата хипотеза предполага, че атмосферата е взета в процеса на акреция от протопланетен облак. Днес обаче тази теория е обект на значителна критика, тъй като такава първична атмосфера трябва да е била унищожена от слънчевия „вятър“ от звезда в нашата планетарна система. Освен това се предполага, че летливите елементи не могат да останат в зоната на формиране на планети като земната група поради твърде високи температури.

Съставът на първичната атмосфера на Земята, както се предполага от втората хипотеза, може да се формира поради активното бомбардиране на повърхността от астероиди и комети, които са пристигнали от околностите на Слънчевата система в ранните етапи на развитие. Много е трудно да се потвърди или отхвърли тази концепция.

Експеримент в IDG RAS

Най-правдоподобна е третата хипотеза, която смята, че атмосферата се е появила в резултат на отделянето на газове от мантията на земната кора преди около 4 милиарда години. Тази концепция е тествана в Института по геология и геохимия на Руската академия на науките в хода на експеримент, наречен "Царев 2", когато проба от метеорно ​​вещество се нагрява във вакуум. Тогава е регистрирано отделянето на газове като H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 и др.. Следователно учените правилно предположиха, че химичният състав на първичната атмосфера на Земята включва вода и въглероден диоксид, пари на флуороводород (HF), въглероден окис (CO), сероводород (H 2 S), азотни съединения, водород, метан (CH 4), амонячни пари (NH 3), аргон и др. Водните пари от първичната атмосфера участват в образувайки хидросферата, въглеродният диоксид се оказа повече в свързано състояние в органична материя и скали, азотът премина в състава на съвременния въздух, както и отново в седиментни скали и органична материя.

Съставът на първичната атмосфера на Земята не би позволил на съвременните хора да бъдат в нея без дихателни апарати, тъй като тогава нямаше кислород в необходимите количества. Този елемент се е появил в значителни количества преди милиард и половина години, както се смята, във връзка с развитието на процеса на фотосинтеза в синьо-зелените и други водорасли, които са най-старите обитатели на нашата планета.

Кислород минимум

Фактът, че съставът на земната атмосфера първоначално е бил почти аноксичен, се посочва от факта, че лесно окисляемият, но не окисляващ се графит (въглерод) се намира в най-древните (катархейски) скали. Впоследствие се появяват така наречените лентови железни руди, които включват междинни слоеве от обогатени железни оксиди, което означава появата на планетата на мощен източник на кислород в молекулярна форма. Но тези елементи се срещат само периодично (може би същите водорасли или други производители на кислород се появяват като малки острови в аноксична пустиня), докато останалият свят е анаеробен. Последното се подкрепя от факта, че лесно окисляемият пирит е открит под формата на обработени от потока камъчета без следи от химични реакции. Тъй като течащите води не могат да бъдат лошо аерирани, еволюира мнението, че предкамбрийската атмосфера е съдържала по-малко от един процент кислород от днешния състав.

Революционна промяна в състава на въздуха

Приблизително в средата на протерозоя (преди 1,8 милиарда години) се състоя „кислородната революция“, когато светът премина към аеробно дишане, по време на което 38 могат да бъдат получени от една хранителна молекула (глюкоза), а не от две (както при анаеробно дишане) единици за енергия. Съставът на земната атмосфера по отношение на кислорода започна да надвишава един процент от съвременния, започна да се появява озонов слой, предпазващ организмите от радиация. Именно от нея „скрити“ под дебели черупки, например, такива древни животни като трилобитите. Оттогава до наше време съдържанието на основния "дихателен" елемент постепенно и бавно нараства, осигурявайки разнообразно развитие на формите на живот на планетата.

Съставът на атмосферата.Въздушната обвивка на нашата планета - атмосферапредпазва земната повърхност от вредното въздействие върху живите организми на ултравиолетовото лъчение на Слънцето. Освен това предпазва Земята от космически частици – прах и метеорити.

Атмосферата се състои от механична смес от газове: 78% от нейния обем е азот, 21% е кислород и по-малко от 1% е хелий, аргон, криптон и други инертни газове. Количеството кислород и азот във въздуха е практически непроменено, тъй като азотът почти не влиза в съединения с други вещества, а кислородът, който, въпреки че е много активен и се изразходва за дишане, окисляване и изгаряне, постоянно се попълва от растенията.

До височина около 100 км процентното съдържание на тези газове остава практически непроменено. Това се дължи на факта, че въздухът постоянно се смесва.

В допълнение към тези газове, атмосферата съдържа около 0,03% въглероден диоксид, който обикновено се концентрира близо до земната повърхност и се разпределя неравномерно: в градовете, индустриалните центрове и зоните на вулканична активност количеството му се увеличава.

В атмосферата винаги има известно количество примеси - водни пари и прах. Съдържанието на водна пара зависи от температурата на въздуха: колкото по-висока е температурата, толкова повече пара задържа въздухът. Поради наличието на парообразна вода във въздуха са възможни атмосферни явления като дъги, пречупване на слънчевата светлина и др.

Прахът навлиза в атмосферата по време на вулканични изригвания, пясъчни и прашни бури, с непълно изгаряне на гориво в топлоелектрически централи и др.

Структурата на атмосферата.Плътността на атмосферата се променя с височината: тя е най-висока на повърхността на Земята и намалява с издигането й. Така на височина 5,5 км плътността на атмосферата е 2 пъти, а на височина 11 км - 4 пъти по-малка, отколкото в повърхностния слой.

В зависимост от плътността, състава и свойствата на газовете атмосферата е разделена на пет концентрични слоя (фиг. 34).

Ориз. 34.Вертикален разрез на атмосферата (атмосферна стратификация)

1. Долният слой се нарича тропосфера.Горната му граница минава на височина 8-10 km на полюсите и 16-18 km на екватора. Тропосферата съдържа до 80% от общата маса на атмосферата и почти цялата водна пара.

Температурата на въздуха в тропосферата се понижава с височина с 0,6 °C на всеки 100 m и на горната й граница е -45-55 °C.

Въздухът в тропосферата непрекъснато се смесва, движейки се в различни посоки. Само тук се наблюдават мъгли, дъждове, снеговалежи, гръмотевични бури, бури и други метеорологични явления.

2. По-горе се намира стратосфера,който се простира на височина 50-55 км. Плътността на въздуха и налягането в стратосферата са незначителни. Разреденият въздух се състои от същите газове като в тропосферата, но съдържа повече озон. Най-високата концентрация на озон се наблюдава на височина 15-30 км. Температурата в стратосферата се повишава с височината и достига 0 °C или повече на горната си граница. Това се дължи на факта, че озонът поглъща късовълновата част от слънчевата енергия, в резултат на което въздухът се нагрява.

3. Над стратосферата се намира мезосфера,простираща се на височина 80 км. В него температурата отново пада и достига -90°C. Плътността на въздуха там е 200 пъти по-малка, отколкото на повърхността на Земята.

4. Над мезосферата е термосфера(от 80 до 800 км). Температурата в този слой се повишава: на височина 150 km до 220 °C; на височина от 600 km до 1500 °C. Атмосферните газове (азот и кислород) са в йонизирано състояние. Под действието на късовълновата слънчева радиация отделните електрони се откъсват от обвивките на атомите. В резултат на това в този слой - йоносферапоявяват се слоеве от заредени частици. Най-плътният им слой е на надморска височина 300-400 км. Поради ниската плътност слънчевите лъчи не се разпръскват там, така че небето е черно, звездите и планетите блестят ярко върху него.

В йоносферата има полярни светлини,генерират се мощни електрически токове, които причиняват смущения в магнитното поле на Земята.

5. Над 800 км външната обвивка се намира - екзосфера.Скоростта на движение на отделните частици в екзосферата се доближава до критичната - 11,2 mm/s, така че отделните частици могат да преодолеят земната гравитация и да избягат в световното пространство.

Стойността на атмосферата.Ролята на атмосферата в живота на нашата планета е изключително голяма. Без него Земята щеше да е мъртва. Атмосферата предпазва земната повърхност от интензивно нагряване и охлаждане. Влиянието му може да се оприличи на ролята на стъклото в оранжериите: да пропуска слънчевите лъчи и да не позволява на топлината да излиза.

Атмосферата защитава живите организми от късовълновата и корпускулярната радиация на Слънцето. Атмосферата е средата, в която възникват метеорологични явления, с които е свързана цялата човешка дейност. Изследването на тази черупка се извършва в метеорологични станции. Ден и нощ, при всякакви метеорологични условия, метеоролозите следят състоянието на долната атмосфера. Четири пъти на ден, а на много станции на всеки час измерват температурата, налягането, влажността на въздуха, отбелязват облачността, посоката и скоростта на вятъра, валежите, електрическите и звуковите явления в атмосферата. Метеорологичните станции са разположени навсякъде: в Антарктида и в тропическите гори, във високите планини и в огромните пространства на тундрата. Правят се и наблюдения на океаните от специално построени кораби.

От 30-те години. 20-ти век започнаха наблюдения в свободна атмосфера. Те започнаха да изстрелват радиозонди, които се издигат на височина 25-35 км и с помощта на радиооборудване предават на Земята информация за температурата, налягането, влажността на въздуха и скоростта на вятъра. В наши дни метеорологичните ракети и сателити също се използват широко. Последните имат телевизионни инсталации, които предават изображения на земната повърхност и облаци.

| |
5. Въздушна обвивка на земята§ 31. Нагряване на атмосферата

Стратосферата е един от горните слоеве на въздушната обвивка на нашата планета. Започва на надморска височина около 11 км над земята. Тук вече не летят пътнически самолети и рядко се образуват облаци. Озонът се намира в стратосферата - тънка обвивка, която предпазва планетата от проникването на вредното ултравиолетово лъчение.

Въздушна обвивка на планетата

Атмосферата е газовата обвивка на Земята, прилежаща към вътрешната повърхност на хидросферата и земната кора. Външната му граница постепенно преминава в космическото пространство. Съставът на атмосферата включва газове: азот, кислород, аргон, въглероден диоксид и т.н., както и примеси под формата на прах, водни капки, ледени кристали, продукти от горенето. Съотношението на основните елементи на въздушната обвивка се поддържа постоянно. Изключение правят въглеродният диоксид и водата - тяхното количество в атмосферата често се променя.

Слоеве на газовата обвивка

Атмосферата е разделена на няколко слоя, разположени един над друг и имащи характеристики в състава:

граничен слой - непосредствено прилежащ към повърхността на планетата, простиращ се на височина 1-2 km;

тропосферата е вторият слой, външната граница е разположена средно на надморска височина от 11 km, почти цялата водна пара на атмосферата е концентрирана тук, образуват се облаци, възникват циклони и антициклони, температурата се повишава с увеличаване на височината;

тропопауза - преходен слой, характеризиращ се с прекратяване на понижаването на температурата;

стратосферата е слой, който се простира до височина 50 km и е разделен на три зони: от 11 до 25 km температурата се променя леко, от 25 до 40 - температурата се повишава, от 40 до 50 - температурата остава постоянна ( стратопауза);

мезосферата се простира на височина до 80-90 km;

термосферата достига 700-800 км надморска височина, тук на височина 100 км има линията на Карман, която се приема за граница между земната атмосфера и космоса;

Екзосферата се нарича още зона на разсейване, тук тя губи много частици материя и те отлитат в космоса.

Температурни промени в стратосферата

И така, стратосферата е частта от газовата обвивка на планетата, която следва тропосферата. Тук температурата на въздуха, която е постоянна през цялата тропопауза, започва да се променя. Височината на стратосферата е приблизително 40 км. Долната граница е 11 км над морското равнище. Започвайки от тази маркировка, температурата претърпява леки промени. На надморска височина от 25 км индексът на нагряване започва бавно да се увеличава. До 40 км надморска височина температурата се повишава от -56,5º до +0,8ºС. Освен това остава близо до нула градуса до надморска височина 50-55 км. Зоната между 40 и 55 километра се нарича стратопауза, тъй като температурата тук не се променя. Това е преходна зона от стратосферата към мезосферата.

Характеристики на стратосферата

Стратосферата на Земята съдържа около 20% от масата на цялата атмосфера. Въздухът тук е толкова разреден, че е невъзможно човек да остане без специален скафандър. Този факт е една от причините полетите в стратосферата да започнат да се извършват сравнително наскоро.

Друга особеност на газовата обвивка на планетата на височина 11-50 км е много малко количество водна пара. Поради тази причина в стратосферата почти никога не се образуват облаци. За тях просто няма строителен материал. Рядко обаче е възможно да се наблюдават така наречените седефени облаци, които „украсяват“ стратосферата (снимката е представена по-долу) на надморска височина от 20-30 км. Тънки, сякаш светещи образувания отвътре могат да се наблюдават след залез или преди изгрев. Формата на седефените облаци е подобна на перести или пересто-купести.

Озоновият слой на Земята

Основната отличителна черта на стратосферата е максималната концентрация на озон в цялата атмосфера. Образува се под въздействието на слънчевата светлина и предпазва целия живот на планетата от разрушителната им радиация. Озоновият слой на Земята се намира на надморска височина от 20-25 км. Молекулите O 3 са разпределени в стратосферата и дори съществуват близо до повърхността на планетата, но най-високата им концентрация се наблюдава на това ниво.

Трябва да се отбележи, че озоновият слой на Земята е само 3-4 mm. Това ще бъде неговата дебелина, ако частици от този газ се поставят при условия на нормално налягане, например близо до повърхността на планетата. Озонът се образува в резултат на разпадането на кислородна молекула под действието на ултравиолетовото лъчение на два атома. Един от тях се свързва с "пълноценна" молекула и се образува озон - O 3.

Опасен защитник

Така днес стратосферата е по-изследван слой от атмосферата, отколкото в началото на миналия век. Все още обаче не е много ясно бъдещето на озоновия слой, без който животът на Земята не би възникнал. Докато страните намаляват производството на фреон, някои учени казват, че това няма да донесе голяма полза, поне с такива темпове, докато други казват, че това изобщо не е необходимо, тъй като повечето от вредните вещества се образуват естествено. Кой е прав времето ще покаже.