Grubość atmosfery wynosi około 120 km od powierzchni Ziemi. Całkowita masa powietrza w atmosferze wynosi (5,1-5,3) 10 18 kg. Spośród nich masa suchego powietrza wynosi 5,1352 ± 0,0003 · 10 · 18 kg, całkowita masa pary wodnej wynosi średnio 1,27 · 10 · 16 kg.

tropopauza

Warstwa przejściowa od troposfery do stratosfery, warstwa atmosfery, w której zatrzymuje się spadek temperatury wraz z wysokością.

Stratosfera

Warstwa atmosfery położona 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 pozostaje stała 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

atmosfera ziemska

Granica atmosfery ziemskiej

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 aż do dużych wysokości. Pod wpływem ultrafioletowego i rentgenowskiego promieniowania słonecznego oraz promieniowania kosmicznego powietrze ulega jonizacji („światło polarne”) - główne obszary jonosfery leżą wewnątrz termosfery. Na wysokości powyżej 300 km dominuje tlen atomowy. Górna granica termosfery jest w dużej mierze zdeterminowana przez obecną aktywność Słońca. W okresach małej aktywności - np. w latach 2008-2009 - zauważalny jest spadek wielkości tej warstwy.

Termopauza

Obszar atmosfery nad termosferą. W tym regionie absorpcja promieniowania słonecznego jest niewielka, a temperatura właściwie nie zmienia się wraz z wysokością.

Egzosfera (sfera rozproszenia)

Do wysokości 100 km atmosfera jest jednorodną, ​​dobrze wymieszaną mieszaniną gazów. W wyższych warstwach rozmieszczenie gazów na wysokości zależy od ich mas cząsteczkowych, stężenie gazów cięższych maleje 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. Natomiast energia kinetyczna poszczególnych cząstek na wysokości 200-250 km odpowiada temperaturze ~150°C. Powyżej 200 km obserwuje się znaczne wahania temperatury i gęstości gazu w czasie i przestrzeni.

Na wysokości około 2000-3500 km egzosfera stopniowo przechodzi w tzw w pobliżu próżni kosmicznej, który jest wypełniony wysoce rozrzedzonymi cząsteczkami gazu międzyplanetarnego, głównie atomami wodoru. Ale ten gaz jest tylko częścią 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 stanowi około 80% masy atmosfery, stratosfera stanowi około 20%; masa mezosfery nie przekracza 0,3%, termosfera stanowi mniej niż 0,05% całkowitej masy atmosfery. Na podstawie właściwości elektrycznych atmosfery wyróżnia się neutrosferę i jonosferę. Obecnie uważa się, że atmosfera rozciąga się do wysokości 2000-3000 km.

W zależności od składu gazu w atmosferze emitują homosfera I heterosfera. heterosfera- jest to obszar, w którym grawitacja ma wpływ 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 i leży na wysokości około 120 km.

Fizjologiczne i inne właściwości atmosfery

Już na wysokości 5 km nad poziomem morza u niewytrenowanej osoby dochodzi do niedotlenienia i bez adaptacji wydajność osoby jest znacznie zmniejszona. Tu kończy się fizjologiczna strefa atmosfery. Oddychanie człowieka staje się niemożliwe na wysokości 9 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 cząstkowe tlenu również odpowiednio spada.

W rozrzedzonych warstwach powietrza rozchodzenie się dźwięku jest niemożliwe. Do wysokości 60-90 km nadal możliwe jest wykorzystanie oporu powietrza i siły nośnej do kontrolowanego lotu aerodynamicznego. Ale zaczynając od wysokości 100-130 km, koncepcje liczby M i bariery dźwiękowej znane każdemu pilotowi tracą znaczenie: przechodzi warunkowa linia Karmana, za którą zaczyna się obszar lotu czysto balistycznego, który można kontrolować tylko za pomocą sił reaktywnych.

Na wysokościach powyżej 100 km atmosfera pozbawiona jest jeszcze jednej niezwykłej właściwości – zdolności do pochłaniania, przewodzenia i przekazywania energii cieplnej na drodze konwekcji (tj. mieszania powietrza). Oznacza to, że różnych elementów wyposażenia, wyposażenia orbitalnej stacji kosmicznej nie będzie można schłodzić z zewnątrz, tak jak to się zwykle robi w samolocie – za pomocą dysz powietrznych i promienników powietrznych. Na takiej wysokości, jak w ogóle w kosmosie, jedynym sposobem przekazywania ciepła jest promieniowanie cieplne.

Historia powstawania atmosfery

Zgodnie z najbardziej powszechną teorią, ziemska atmosfera miała na przestrzeni czasu trzy różne składy. Początkowo składał się z lekkich gazów (wodór i hel) przechwyconych z przestrzeni międzyplanetarnej. Ten tzw atmosfera pierwotna(około czterech miliardów 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 powstawania 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 niektórych innych czynników.

Stopniowo czynniki te doprowadziły do ​​powstania trzeciorzędowa atmosfera, charakteryzujący się znacznie niższą zawartością wodoru i znacznie wyższą zawartością azotu i dwutlenku węgla (powstałego w wyniku reakcji chemicznych z amoniakiem i węglowodorami).

Azot

Tworzenie dużej ilości azotu N 2 jest spowodowane utlenianiem atmosfery amoniakalno-wodorowej przez tlen cząsteczkowy O 2, który zaczął wydobywać się z powierzchni planety w wyniku fotosyntezy, począwszy od 3 miliardów lat temu. Azot N 2 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 niewielkich ilościach w przemysłowej produkcji nawozów azotowych. Może być utleniany przy niskim zużyciu energii i przekształcany w formę biologicznie aktywną przez sinice (sinice) i bakterie brodawkowe, które tworzą ryzobialną symbiozę z roślinami strączkowymi, tzw. nawóz zielony.

Tlen

Skład atmosfery zaczął się radykalnie zmieniać wraz z pojawieniem się organizmów żywych na Ziemi w wyniku fotosyntezy, której towarzyszyło uwalnianie tlenu i pochłanianie dwutlenku węgla. Początkowo tlen zużywany był na utlenianie związków zredukowanych - amoniaku, węglowodorów, żelazawej formy żelaza zawartej w oceanach itp. Pod koniec tego etapu zawartość tlenu w atmosferze zaczęła rosnąć. Stopniowo tworzyła 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.

Gazy szlachetne

Zanieczyszczenie powietrza

Ostatnio człowiek zaczął wpływać na ewolucję atmosfery. Efektem jego działań był stały znaczny wzrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze w wyniku spalania paliw węglowodorowych nagromadzonych w poprzednich epokach geologicznych. Ogromne ilości CO 2 są zużywane podczas fotosyntezy i absorbowane przez światowe oceany. Gaz ten przedostaje się do atmosfery w wyniku rozkładu skał węglanowych i substancji organicznych pochodzenia roślinnego i zwierzęcego, a także w wyniku wulkanizmu i działalności produkcyjnej 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 200-300 lat ilość CO 2 w atmosferze podwoi się i może doprowadzić do globalnych zmian klimatycznych.

Spalanie paliw jest głównym źródłem gazów zanieczyszczających (СО,, SO 2). Dwutlenek siarki jest utleniany przez tlen atmosferyczny do SO 3 w górnych warstwach atmosfery, 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 na powierzchnię Ziemi w postaci tzw. kwaśny deszcz. Stosowanie silników spalinowych prowadzi do znacznego zanieczyszczenia powietrza tlenkami azotu, węglowodorami i związkami ołowiu (tetraetyloołów Pb (CH 3 CH 2) 4)).

Zanieczyszczenie atmosfery aerozolami jest spowodowane zarówno przyczynami naturalnymi (erupcje wulkanów, burze piaskowe, porywanie kropelek wody morskiej i pyłków roślin itp.), jak i działalnością gospodarczą człowieka (wydobycie rud i materiałów budowlanych, spalanie paliw, produkcja cementu itp.). Intensywne usuwanie cząstek stałych do atmosfery na dużą skalę jest jedną z możliwych przyczyn zmian klimatu na planecie.

Zobacz też

• Jacchia (model atmosfery)

Notatki

Spinki do mankietów

Literatura

1. VV Parin, F. P. Kosmolinsky, BA Dushkov„Biologia kosmiczna i medycyna” (wydanie drugie, poprawione i uzupełnione), M .: „Prosveshchenie”, 1975, 223 strony.
2. NV Gusakova„Chemia środowiska”, Rostów nad Donem: Phoenix, 2004, 192 z ISBN 5-222-05386-5
3. Sokołow V.A. Geochemia gazów ziemnych, M., 1971;
4. McEwen M, Phillips L. Chemia atmosfery, M., 1978;
5. Wark K., Warner S. Zanieczyszczenie powietrza. Źródła i kontrola, przeł. z angielskiego, M.. 1980;
6. Monitoring zanieczyszczenia środowiska naturalnego. V. 1, L., 1982.

Ziemia
Historia Ziemi	Wiek Ziemi Geologiczna historia Ziemi Geologiczna skala czasu Historia życia na Ziemi Zlodowacenie Ziemi Paradoks słabego młodego Słońca Teoria gigantycznego zderzenia Kalendarium ewolucji
Geografia i geologii	Australia Azja Antarktyda Afryka Europa Ameryka Północna Ameryka Południowa Ocean Atlantycki Ocean Indyjski Ocean Arktyczny

STRUKTURA ATMOSFERY

Atmosfera(z innego greckiego ἀτμός - para i σφαῖρα - piłka) - gazowa powłoka (geosfera) otaczająca planetę Ziemię. Jej wewnętrzna powierzchnia pokrywa hydrosferę i częściowo skorupę ziemską, podczas gdy jej zewnętrzna powierzchnia graniczy z bliską Ziemi częścią przestrzeni kosmicznej.

Właściwości fizyczne

Grubość atmosfery wynosi około 120 km od powierzchni Ziemi. Całkowita masa powietrza w atmosferze wynosi (5,1-5,3) 10 18 kg. Spośród nich masa suchego powietrza wynosi (5,1352 ± 0,0003) 10 18 kg, całkowita masa pary wodnej wynosi średnio 1,27 · 10 16 kg.

Masa molowa czystego, suchego powietrza wynosi 28,966 g/mol, gęstość powietrza nad powierzchnią morza wynosi około 1,2 kg/m 3 . Ciśnienie w temperaturze 0°C na poziomie morza wynosi 101,325 kPa; temperatura krytyczna - -140,7 ° C; ciśnienie krytyczne - 3,7 MPa; Cp w 0°C - 1,0048 10 3 J/(kg K), C v - 0,7159 10 3 J/(kg K) (w 0°C). Rozpuszczalność powietrza w wodzie (masowo) w temperaturze 0 ° C - 0,0036%, w temperaturze 25 ° C - 0,0023%.

Za „normalne warunki” na powierzchni Ziemi przyjmuje się: gęstość 1,2 kg/m3, ciśnienie barometryczne 101,35 kPa, temperaturę plus 20°C i wilgotność względną 50%. Te wskaźniki warunkowe mają wartość czysto inżynierską.

Struktura atmosfery

Atmosfera ma strukturę warstwową. Warstwy atmosfery różnią się między sobą temperaturą powietrza, jego gęstością, ilością pary wodnej w powietrzu i innymi właściwościami.

Troposfera(Starożytna grecka τρόπος - „obrót”, „zmiana” i σφαῖρα - „piłka”) - dolna, najlepiej zbadana warstwa atmosfery, o wysokości 8-10 km w regionach polarnych, do 10-12 km w umiarkowanych szerokościach geograficznych, 16-18 km na równiku.

Podczas wzrostu w troposferze temperatura spada średnio o 0,65 K na 100 m i osiąga 180-220 K w górnej części. Ta górna warstwa troposfery, w której zatrzymuje się spadek temperatury wraz z wysokością, nazywana jest tropopauzą. Następna warstwa atmosfery nad troposferą nazywana jest stratosferą.

Ponad 80% całkowitej masy powietrza atmosferycznego koncentruje się w troposferze, silnie rozwinięta jest turbulencja i konwekcja, skoncentrowana jest przeważająca część pary wodnej, powstają chmury, tworzą się również fronty atmosferyczne, rozwijają się cyklony i antycyklony, a także inne procesy determinujące pogodę i klimat. Procesy zachodzące w troposferze wynikają przede wszystkim z konwekcji.

Część troposfery, w której lodowce mogą tworzyć się na powierzchni ziemi, nazywa się chionosferą.

tropopauza(z greckiego τροπος - obrót, zmiana i παῦσις - zatrzymanie, ustanie) - warstwa atmosfery, w której zatrzymuje się spadek temperatury wraz z wysokością; warstwa przejściowa z troposfery do stratosfery. W atmosferze ziemskiej tropopauza znajduje się na wysokościach od 8-12 km (npm) w rejonach polarnych i do 16-18 km nad równikiem. Wysokość tropopauzy zależy również od pory roku (tropopauza jest wyższa latem niż zimą) i aktywności cyklonicznej (jest niższa w cyklonach, a wyższa w antycyklonach)

Miąższość tropopauzy waha się od kilkuset metrów do 2-3 kilometrów. W subtropikach obserwuje się pęknięcia tropopauzy z powodu silnych prądów strumieniowych. Tropopauza na niektórych obszarach jest często niszczona i ponownie formowana.

Stratosfera(z łac. warstwa – podłoga, warstwa) – warstwa atmosfery, położona 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 °C (górna warstwa stratosfery lub region inwersji). Po osiągnięciu wartości około 273 K (prawie 0°C) na wysokości około 40 km temperatura pozostaje stała do wysokości około 55 km. Ten obszar o stałej temperaturze nazywany jest stratopauzą i stanowi granicę między stratosferą a mezosferą. Gęstość powietrza w stratosferze jest dziesiątki i setki razy mniejsza niż na poziomie morza.

To właśnie w stratosferze znajduje się warstwa ozonosfery („warstwa ozonowa”) (na wysokości od 15-20 do 55-60 km), która wyznacza górną granicę życia w biosferze. Ozon (O 3 ) powstaje w wyniku reakcji fotochemicznych najintensywniej na wysokości ~30 km. Całkowita masa O 3 przy normalnym ciśnieniu byłaby warstwą o grubości 1,7-4,0 mm, ale nawet to wystarczy, aby pochłonąć szkodliwe dla życia słoneczne promieniowanie ultrafioletowe. Zniszczenie O 3 następuje, gdy wchodzi w interakcje z wolnymi rodnikami, NO, związkami zawierającymi halogeny (w tym „freony”).

Większość krótkofalowej części promieniowania ultrafioletowego (180-200 nm) jest zatrzymywana w stratosferze, a energia fal krótkich jest przekształcana. Pod wpływem tych promieni zmieniają się pola magnetyczne, dochodzi do rozpadu cząsteczek, jonizacji, powstawania nowych gazów i innych związków chemicznych. Procesy te można zaobserwować w postaci zorzy polarnej, błyskawic i innych poświat.

W stratosferze i wyższych warstwach pod wpływem promieniowania słonecznego cząsteczki gazu dysocjują - na atomy (powyżej 80 km dysocjuje CO 2 i H 2, powyżej 150 km - O 2, powyżej 300 km - N 2). Na wysokości 200-500 km jonizacja gazów zachodzi również w jonosferze, na wysokości 320 km stężenie naładowanych cząstek (O + 2, O - 2, N + 2) wynosi ~ 1/300 stężenia cząstek neutralnych. W górnych warstwach atmosfery znajdują się wolne rodniki - OH, HO 2 itp.

W stratosferze prawie nie ma pary wodnej.

Loty do stratosfery rozpoczęły się w latach 30. Powszechnie znany jest lot pierwszym balonem stratosferycznym (FNRS-1), który Auguste Picard i Paul Kipfer wykonali 27 maja 1931 roku na wysokość 16,2 km. Nowoczesne samoloty bojowe i naddźwiękowe samoloty komercyjne latają w stratosferze na wysokości na ogół do 20 km (chociaż pułap dynamiczny może być znacznie wyższy). Balony pogodowe na dużych wysokościach wznoszą się do 40 km; rekord dla balonu bezzałogowego wynosi 51,8 km.

W ostatnim czasie w kręgach wojskowych Stanów Zjednoczonych wiele uwagi poświęca się rozwojowi warstw stratosfery powyżej 20 km, często nazywanych „przedprzestrzenią” (ang. « blisko kosmosu» ). Zakłada się, że bezzałogowe statki powietrzne i samoloty napędzane energią słoneczną (jak NASA Pathfinder) będą w stanie przez długi czas przebywać na wysokości około 30 km i zapewniać obserwację i łączność bardzo dużych obszarów, zachowując przy tym niską podatność na ataki systemów obrony powietrznej; takie urządzenia będą wielokrotnie tańsze niż satelity.

Stratopauza- warstwa atmosfery, będąca granicą między dwiema warstwami, stratosferą i mezosferą. W stratosferze temperatura rośnie wraz z wysokością, a stratopauza to warstwa, w której temperatura osiąga maksimum. Temperatura stratopauzy wynosi około 0°C.

Zjawisko to obserwuje się nie tylko na Ziemi, ale także na innych planetach z atmosferą.

Na Ziemi stratopauza znajduje się na wysokości 50 - 55 km nad poziomem morza. Ciśnienie atmosferyczne wynosi około 1/1000 ciśnienia na poziomie morza.

Mezosfera(z greckiego μεσο- - „środek” i σφαῖρα - „piłka”, „kula”) - warstwa atmosfery na wysokościach od 40-50 do 80-90 km. Charakteryzuje się wzrostem temperatury wraz z wysokością; maksymalna temperatura (około +50°C) występuje na wysokości około 60 km, po czym temperatura zaczyna spadać do −70° lub −80°C. Taki spadek temperatury jest związany z energetyczną absorpcją promieniowania słonecznego (promieniowania) przez ozon. Termin ten został przyjęty przez Unię Geograficzną i Geofizyczną w 1951 roku.

Skład gazu w mezosferze, jak również w niższych warstwach atmosfery, jest stały i zawiera około 80% azotu i 20% tlenu.

Mezosfera jest oddzielona od leżącej poniżej stratosfery stratopauzą, a od termosfery mezopauzą. Mezopauza zasadniczo pokrywa się z turbopauzą.

Meteory zaczynają świecić iz reguły spalają się całkowicie w mezosferze.

W mezosferze mogą pojawić się srebrzyste chmury.

Dla lotów mezosfera jest swego rodzaju „martwą strefą” – powietrze jest tu zbyt rozrzedzone, aby utrzymać samoloty czy balony (na wysokości 50 km gęstość powietrza jest 1000 razy mniejsza niż na poziomie morza), a jednocześnie zbyt gęste, by mogły latać sztuczne satelity na tak niskiej orbicie. Bezpośrednie badania mezosfery prowadzone są głównie za pomocą suborbitalnych rakiet meteorologicznych; ogólnie mezosfera została zbadana gorzej niż inne warstwy atmosfery, w związku z czym naukowcy nazwali ją „ignorosferą”.

mezopauza

mezopauza Warstwa atmosfery oddzielająca mezosferę od termosfery. Na Ziemi znajduje się na wysokości 80-90 km nad poziomem morza. W mezopauzie panuje minimalna temperatura, która wynosi około -100°C. Poniżej (począwszy od wysokości około 50 km) temperatura spada wraz z wysokością, powyżej (do wysokości około 400 km) ponownie wzrasta. Mezopauza pokrywa się z dolną granicą obszaru aktywnej absorpcji promieniowania rentgenowskiego i ultrafioletowego promieniowania słonecznego o najkrótszej długości fali. Na tej wysokości obserwuje się srebrzyste chmury.

Mezopauza istnieje nie tylko na Ziemi, ale także na innych planetach z atmosferą.

Linia Karmana- wysokość nad poziomem morza, którą umownie przyjmuje się jako granicę między atmosferą ziemską a przestrzenią kosmiczną.

Zgodnie z definicją Fédération Aéronautique Internationale (FAI), linia Karmana znajduje się na wysokości 100 km nad poziomem morza.

Wysokość została nazwana na cześć Theodora von Karmana, amerykańskiego naukowca węgierskiego pochodzenia. Był pierwszym, który stwierdził, że mniej więcej na tej wysokości atmosfera staje się tak rozrzedzona, że ​​aeronautyka staje się niemożliwa, ponieważ prędkość samolotu, niezbędna do wytworzenia wystarczającej siły nośnej, staje się większa niż pierwsza prędkość kosmiczna, a zatem, aby osiągnąć wyższe wysokości, konieczne jest użycie środków astronautyki.

Atmosfera ziemska rozciąga się poza linię Karmana. Zewnętrzna część atmosfery ziemskiej, egzosfera, rozciąga się na wysokość 10 000 km lub więcej, na takiej wysokości atmosfera składa się głównie z atomów wodoru, które mogą opuścić atmosferę.

Dotarcie do Linii Karmana było pierwszym warunkiem Ansari X Prize, gdyż jest to podstawa do uznania lotu za lot w kosmos.

Stratosfera jest jedną z górnych warstw powłoki powietrznej naszej planety. Zaczyna się na wysokości około 11 km nad ziemią. Samoloty pasażerskie już tu nie latają, a chmury rzadko się tworzą. Ozon znajduje się w stratosferze - cienkiej skorupie, która chroni planetę przed przenikaniem szkodliwego promieniowania ultrafioletowego.

Powłoka powietrzna planety

Atmosfera to gazowa powłoka Ziemi, przylegająca do wewnętrznej powierzchni hydrosfery i skorupy ziemskiej. Jego zewnętrzna granica stopniowo przechodzi w przestrzeń kosmiczną. Skład atmosfery obejmuje gazy: azot, tlen, argon, dwutlenek węgla i tak dalej, a także zanieczyszczenia w postaci pyłu, kropli wody, kryształków lodu, produktów spalania. Stosunek głównych elementów skorupy powietrznej jest stały. Wyjątkiem są dwutlenek węgla i woda – ich ilość w atmosferze często się zmienia.

Warstwy otoczki gazowej

Atmosfera jest podzielona na kilka warstw, położonych jedna nad drugą i mających cechy w składzie:

warstwa graniczna - bezpośrednio przylegająca do powierzchni planety, rozciągająca się na wysokość 1-2 km;

troposfera jest drugą warstwą, zewnętrzna granica znajduje się średnio na wysokości 11 km, tutaj koncentruje się prawie cała para wodna atmosfery, tworzą się chmury, powstają cyklony i antycyklony, temperatura wzrasta wraz ze wzrostem wysokości;

tropopauza - warstwa przejściowa, charakteryzująca się ustaniem spadku temperatury;

stratosfera to warstwa rozciągająca się do wysokości 50 km i podzielona na trzy strefy: od 11 do 25 km temperatura nieznacznie się zmienia, od 25 do 40 - temperatura wzrasta, od 40 do 50 - temperatura pozostaje stała (stratopauza);

mezosfera rozciąga się na wysokość do 80-90 km;

termosfera sięga 700-800 km nad poziomem morza, tutaj na wysokości 100 km przebiega linia Karmana, którą przyjmuje się za granicę między ziemską atmosferą a przestrzenią;

Egzosfera jest również nazywana strefą rozproszenia, tutaj dużo traci cząstki materii, które odlatują w kosmos.

Zmiany temperatury w stratosferze

Tak więc stratosfera jest częścią gazowej powłoki planety, która podąża za troposferą. Tutaj temperatura powietrza, która jest stała przez całą tropopauzę, zaczyna się zmieniać. Wysokość stratosfery wynosi około 40 km. Dolna granica to 11 km nad poziomem morza. Począwszy od tego znaku temperatura ulega niewielkim zmianom. Na wysokości 25 km wskaźnik ogrzewania zaczyna powoli rosnąć. Na wysokości 40 km nad poziomem morza temperatura wzrasta od -56,5º do +0,8ºС. Ponadto pozostaje blisko zera stopni do wysokości 50-55 km. Strefa między 40 a 55 kilometrami nazywana jest stratopauzą, ponieważ temperatura tutaj się nie zmienia. Jest to strefa przejściowa ze stratosfery do mezosfery.

Cechy stratosfery

Ziemska stratosfera zawiera około 20% masy całej atmosfery. Powietrze tutaj jest tak rozrzedzone, że człowiek nie może przebywać bez specjalnego skafandra kosmicznego. Fakt ten jest jednym z powodów, dla których loty do stratosfery zaczęto przeprowadzać dopiero stosunkowo niedawno.

Inną cechą otoczki gazowej planety na wysokości 11-50 km jest bardzo mała ilość pary wodnej. Z tego powodu chmury prawie nigdy nie tworzą się w stratosferze. Dla nich po prostu nie ma materiału budowlanego. Jednak rzadko można zaobserwować tak zwane chmury z masy perłowej, które „ozdobią” stratosferę (zdjęcie poniżej) na wysokości 20-30 km nad poziomem morza. Cienkie, jakby świetliste formacje od wewnątrz można było obserwować po zachodzie lub przed wschodem słońca. Kształtem chmur z masy perłowej przypomina cirrus lub cirrocumulus.

Warstwa ozonowa Ziemi

Główną cechą wyróżniającą stratosferę jest maksymalne stężenie ozonu w całej atmosferze. Powstaje pod wpływem światła słonecznego i chroni całe życie na planecie przed ich niszczycielskim promieniowaniem. Warstwa ozonowa Ziemi znajduje się na wysokości 20-25 km nad poziomem morza. Cząsteczki O 3 są rozmieszczone w całej stratosferze, a nawet występują w pobliżu powierzchni planety, ale ich najwyższe stężenie obserwuje się na tym poziomie.

Należy zauważyć, że warstwa ozonowa Ziemi ma zaledwie 3-4 mm. Taka będzie jego grubość, jeśli cząsteczki tego gazu zostaną umieszczone w warunkach normalnego ciśnienia, na przykład w pobliżu powierzchni planety. Ozon powstaje w wyniku rozpadu cząsteczki tlenu pod wpływem promieniowania ultrafioletowego na dwa atomy. Jeden z nich łączy się z „pełnoprawną” cząsteczką i powstaje ozon - O 3.

Niebezpieczny obrońca

Tak więc dzisiaj stratosfera jest bardziej zbadaną warstwą atmosfery niż na początku ubiegłego wieku. Jednak przyszłość warstwy ozonowej, bez której życie na Ziemi by nie powstało, wciąż nie jest do końca jasna. Podczas gdy kraje ograniczają produkcję freonu, niektórzy naukowcy twierdzą, że nie przyniesie to większych korzyści, przynajmniej w takim tempie, podczas gdy inni twierdzą, że nie jest to wcale konieczne, ponieważ większość szkodliwych substancji powstaje naturalnie. Kto ma rację, czas pokaże.

Struktura atmosfery ziemskiej

Atmosfera to gazowa powłoka Ziemi z zawartymi w niej cząstkami aerozolu, poruszająca się wraz z Ziemią w przestrzeni świata jako całości i jednocześnie biorąca udział w ruchu obrotowym Ziemi. Na dnie atmosfery toczy się większość naszego życia.

Prawie wszystkie planety w naszym Układzie Słonecznym mają swoją własną atmosferę, ale tylko atmosfera ziemska może podtrzymywać życie.

Kiedy nasza planeta powstała 4,5 miliarda lat temu, była najwyraźniej pozbawiona atmosfery. Atmosfera powstała w wyniku wulkanicznej emisji pary wodnej zmieszanej z dwutlenkiem węgla, azotem i innymi chemikaliami z głębin młodej planety. Ale atmosfera może zawierać tylko ograniczoną ilość wilgoci, więc nadmiar wilgoci w wyniku kondensacji doprowadził do powstania oceanów. Ale wtedy atmosfera była pozbawiona tlenu. Pierwsze organizmy żywe, które powstały i rozwinęły się w oceanie, w wyniku reakcji fotosyntezy (H 2 O + CO 2 = CH 2 O + O 2), zaczęły uwalniać małe porcje tlenu, który zaczął przedostawać się do atmosfery.

Tworzenie się tlenu w atmosferze ziemskiej doprowadziło do powstania warstwy ozonowej na wysokości około 8 - 30 km. W ten sposób nasza planeta uzyskała ochronę przed szkodliwymi skutkami badań ultrafioletowych. Okoliczność ta stała się bodźcem do dalszej ewolucji form życia na Ziemi. w wyniku wzmożonej fotosyntezy ilość tlenu w atmosferze zaczęła gwałtownie rosnąć, co przyczyniło się do powstania i utrzymania form życia, w tym na lądzie.

Dziś nasza atmosfera to 78,1% azotu, 21% tlenu, 0,9% argonu i 0,04% dwutlenku węgla. Bardzo małe frakcje w porównaniu z głównymi gazami to neon, hel, metan, krypton.

Na cząstki gazu zawarte w atmosferze oddziałuje siła grawitacji Ziemi. A biorąc pod uwagę, że powietrze jest ściśliwe, jego gęstość stopniowo maleje wraz z wysokością, przechodząc w przestrzeń kosmiczną bez wyraźnej granicy. Połowa całej masy atmosfery ziemskiej koncentruje się w dolnych 5 km, trzy czwarte - w dolnych 10 km, dziewięć dziesiątych - w dolnych 20 km. 99% masy ziemskiej atmosfery koncentruje się poniżej wysokości 30 km, a to tylko 0,5% promienia równikowego naszej planety.

Na poziomie morza liczba atomów i cząsteczek na centymetr sześcienny powietrza wynosi około 2 * 10 19 , na wysokości 600 km to tylko 2 * 10 7 . Na poziomie morza atom lub cząsteczka pokonuje około 7 * 10 -6 cm przed zderzeniem z inną cząsteczką. Na wysokości 600 km odległość ta wynosi około 10 km. A na poziomie morza co sekundę dochodzi do około 7 * 10 9 takich zderzeń, na wysokości 600 km - tylko około jednego na minutę!

Ale nie tylko ciśnienie zmienia się wraz z wysokością. Zmienia się również temperatura. I tak np. u podnóża wysokiej góry może być dość gorąco, podczas gdy wierzchołek góry jest pokryty śniegiem i jednocześnie temperatura jest tam poniżej zera. A warto wspiąć się samolotem na wysokość ok. 10-11 km, bo słychać komunikat, że za burtą jest -50 stopni, podczas gdy na powierzchni ziemi jest o 60-70 stopni cieplej...

Początkowo naukowcy zakładali, że temperatura spada wraz z wysokością, aż osiągnie zero absolutne (-273,16°C). Ale nie jest.

Atmosfera ziemska składa się z czterech warstw: troposfery, stratosfery, mezosfery, jonosfery (termosfery). Taki podział na warstwy dokonywany jest na podstawie danych o zmianach temperatury wraz z wysokością. Najniższa warstwa, w której temperatura powietrza spada wraz z wysokością, nazywana jest troposferą. Warstwa nad troposferą, w której zatrzymuje się spadek temperatury, zostaje zastąpiona izotermą, aw końcu temperatura zaczyna rosnąć, nazywana jest stratosferą. Warstwa powyżej stratosfery, w której temperatura ponownie gwałtownie spada, to mezosfera. I wreszcie warstwa, w której ponownie zaczyna się wzrost temperatury, zwana jonosferą lub termosferą.

Troposfera rozciąga się średnio na niższych 12 km. To tutaj kształtuje się nasza pogoda. Najwyższe chmury (cirrus) tworzą się w najwyższych warstwach troposfery. Temperatura w troposferze spada adiabatycznie wraz z wysokością, tj. Zmiana temperatury jest spowodowana spadkiem ciśnienia wraz z wysokością. Profil temperaturowy troposfery jest w dużej mierze zdeterminowany przez promieniowanie słoneczne docierające do powierzchni Ziemi. W wyniku ogrzewania powierzchni Ziemi przez Słońce powstają konwekcyjne i turbulentne przepływy ku górze, które tworzą pogodę. Warto zauważyć, że wpływ podłoża na dolne warstwy troposfery rozciąga się na wysokość około 1,5 km. Oczywiście z wyłączeniem obszarów górskich.

Górna granica troposfery to tropopauza, warstwa izotermiczna. Przypomnijmy sobie charakterystyczny wygląd chmur burzowych, których wierzchołkiem jest „wyrzut” chmur pierzastych, zwany „kowadłem”. To „kowadło” po prostu „rozprzestrzenia się” pod tropopauzą, ponieważ z powodu izotermy wznoszące się prądy powietrza są znacznie osłabione, a chmura przestaje rozwijać się pionowo. Ale w szczególnych, rzadkich przypadkach wierzchołki chmur cumulonimbus mogą zaatakować niższe warstwy stratosfery, pokonując tropopauzę.

Wysokość tropopauzy zależy od szerokości geograficznej. Tak więc na równiku znajduje się na wysokości około 16 km, a jego temperatura wynosi około -80 ° C. Na biegunach tropopauza znajduje się niżej - w przybliżeniu na wysokości 8 km. Jego temperatura wynosi tutaj -40°C latem i -60°C zimą. Tak więc, pomimo wyższych temperatur w pobliżu powierzchni Ziemi, tropopauza tropikalna jest znacznie zimniejsza niż na biegunach.

Atmosfera jest jednym z najważniejszych składników naszej planety. To ona „chroni” ludzi przed surowymi warunkami panującymi w kosmosie, takimi jak promieniowanie słoneczne i kosmiczne śmieci. Jednak większość ludzi nie zna wielu faktów dotyczących atmosfery.

1. Prawdziwy kolor nieba

Chociaż trudno w to uwierzyć, niebo jest rzeczywiście fioletowe. Kiedy światło dostaje się do atmosfery, cząsteczki powietrza i wody pochłaniają światło, rozpraszając je. Jednocześnie kolor fioletowy jest najbardziej rozproszony, dlatego ludzie widzą błękitne niebo.

2. Ekskluzywny pierwiastek w ziemskiej atmosferze

Jak wielu pamięta ze szkoły, ziemska atmosfera składa się w około 78% z azotu, w 21% z tlenu i niewielkich zanieczyszczeń argonu, dwutlenku węgla i innych gazów. Ale niewiele osób wie, że nasza atmosfera jest jedyną, jak dotąd odkrytą przez naukowców (poza kometą 67P), która zawiera wolny tlen. Ponieważ tlen jest wysoce reaktywnym gazem, często reaguje z innymi chemikaliami w kosmosie. Jego czysta postać na Ziemi sprawia, że ​​planeta nadaje się do zamieszkania.

3. Biały pasek na niebie

Z pewnością niektórzy zastanawiali się czasem, dlaczego biały pasek pozostaje na niebie za odrzutowcem. Te białe smugi, zwane smugami kondensacyjnymi, powstają, gdy gorące, wilgotne spaliny z silnika samolotu mieszają się z zimniejszym powietrzem zewnętrznym. Para wodna ze spalin zamarza i staje się widoczna.

4. Główne warstwy atmosfery

Atmosfera ziemska składa się z pięciu głównych warstw, które umożliwiają życie na planecie. Pierwsza z nich, troposfera, rozciąga się od poziomu morza do wysokości około 17 km od równika. Występuje w nim większość zjawisk pogodowych.

5. Warstwa ozonowa

Następna warstwa atmosfery, stratosfera, osiąga wysokość około 50 km na równiku. Zawiera warstwę ozonową, która chroni ludzi przed niebezpiecznymi promieniami ultrafioletowymi. Mimo że warstwa ta znajduje się powyżej troposfery, może być w rzeczywistości cieplejsza ze względu na energię pochłanianą przez promienie słoneczne. Większość samolotów odrzutowych i balonów meteorologicznych lata w stratosferze. Samoloty mogą w nim latać szybciej, ponieważ są mniej podatne na grawitację i tarcie. Balony meteorologiczne mogą lepiej zorientować się w burzach, z których większość występuje niżej w troposferze.

6. Mezosfera

Mezosfera to warstwa środkowa, rozciągająca się na wysokość 85 km nad powierzchnią planety. Jego temperatura oscyluje wokół -120° C. Większość meteorytów wchodzących w ziemską atmosferę spala się w mezosferze. Ostatnie dwie warstwy, które przechodzą w kosmos, to termosfera i egzosfera.

7. Zanik atmosfery

Ziemia najprawdopodobniej kilka razy straciła atmosferę. Kiedy planeta była pokryta oceanami magmy, zderzyły się z nią masywne obiekty międzygwiezdne. Te zderzenia, które również uformowały Księżyc, mogły po raz pierwszy uformować atmosferę planety.

8. Gdyby nie było gazów atmosferycznych ...

Bez różnych gazów w atmosferze Ziemia byłaby zbyt zimna dla ludzkiej egzystencji. Para wodna, dwutlenek węgla i inne gazy atmosferyczne pochłaniają ciepło słoneczne i „rozprowadzają” je po powierzchni planety, pomagając stworzyć klimat nadający się do zamieszkania.

9. Powstawanie warstwy ozonowej

Słynna (i co bardzo ważne) warstwa ozonowa powstała, gdy atomy tlenu reagowały ze światłem ultrafioletowym ze słońca, tworząc ozon. To właśnie ozon pochłania większość szkodliwego promieniowania słonecznego. Pomimo swojego znaczenia, warstwa ozonowa powstała stosunkowo niedawno, kiedy w oceanach pojawiło się wystarczająco dużo życia, aby uwolnić do atmosfery ilość tlenu potrzebną do wytworzenia minimalnego stężenia ozonu.

10. Jonosfera

Jonosfera została tak nazwana, ponieważ wysokoenergetyczne cząstki z kosmosu i ze Słońca pomagają tworzyć jony, tworząc „warstwę elektryczną” wokół planety. Kiedy nie było satelitów, ta warstwa pomagała odbijać fale radiowe.

11. Kwaśne deszcze

Kwaśne deszcze, które niszczą całe lasy i dewastują ekosystemy wodne, powstają w atmosferze, gdy cząsteczki dwutlenku siarki lub tlenku azotu mieszają się z parą wodną i opadają na ziemię w postaci deszczu. Te związki chemiczne występują również w przyrodzie: dwutlenek siarki powstaje podczas erupcji wulkanów, a tlenek azotu podczas uderzeń pioruna.

12. Moc błyskawicy

Błyskawica jest tak potężna, że ​​pojedyncze wyładowanie może podgrzać otaczające powietrze do temperatury 30 000 ° C. Gwałtowne nagrzewanie powoduje wybuchowe rozszerzanie się powietrza w pobliżu, co jest słyszalne w postaci fali dźwiękowej zwanej grzmotem.

Aurora Borealis i Aurora Australis (Północna i Południowa) są spowodowane reakcjami jonowymi zachodzącymi na czwartym poziomie atmosfery, termosferze. Kiedy wysoko naładowane cząstki wiatru słonecznego zderzają się z cząsteczkami powietrza nad biegunami magnetycznymi planety, świecą i tworzą wspaniałe pokazy świetlne.

14. Zachody słońca

Zachody słońca często wyglądają jak płonące niebo, ponieważ małe cząsteczki atmosferyczne rozpraszają światło, odbijając je w pomarańczowych i żółtych odcieniach. Ta sama zasada leży u podstaw powstawania tęczy.

W 2013 roku naukowcy odkryli, że maleńkie drobnoustroje mogą przetrwać wiele kilometrów nad powierzchnią Ziemi. Na wysokości 8-15 km nad planetą znaleziono drobnoustroje, które niszczą organiczne chemikalia unoszące się w atmosferze, „żywiąc się” nimi.

Zwolennicy teorii apokalipsy i różnych innych horrorów będą zainteresowani poznaniem.