Gornja granica stratosfere. Glavni slojevi Zemljine atmosfere u rastućem redoslijedu

Bavi se meteorologijom, a dugoročne varijacije - klimatologijom.

Debljina atmosfere je 1500 km od površine Zemlje. Ukupna masa vazduha, odnosno mešavine gasova koji čine atmosferu, je 5,1-5,3 * 10 ^ 15 tona.Molekulska težina čistog suvog vazduha je 29. Pritisak na 0°C na nivou mora je 101,325 Pa, odnosno 760 mm. rt. Art.; kritična temperatura - 140,7 °C; kritični pritisak 3,7 MPa. Rastvorljivost vazduha u vodi na 0°C je 0,036%, na 25°C - 0,22%.

Fizičko stanje atmosfera je određena. Glavni parametri atmosfere: gustina vazduha, pritisak, temperatura i sastav. Kako se visina povećava, gustina vazduha se smanjuje. Temperatura se također mijenja sa promjenom nadmorske visine. Vertikalu karakterišu različita temperaturna i električna svojstva, različiti uslovi vazduha. U zavisnosti od temperature u atmosferi razlikuju se sljedeći glavni slojevi: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera, egzosfera (sfera raspršivanja). Prijelazne regije atmosfere između susjednih školjki nazivaju se tropopauza, stratopauza, itd., respektivno.

Troposfera- niži, glavni, najviše proučavani, sa visinom u polarnim područjima od 8-10 km, u umjerenim geografskim širinama do 10-12 km, na ekvatoru - 16-18 km. Otprilike 80-90% ukupne mase atmosfere i gotovo sva vodena para koncentrirani su u troposferi. Pri porastu na svakih 100 m temperatura u troposferi se smanjuje u prosjeku za 0,65 °C i dostiže -53 °C u gornjem dijelu. Ovaj gornji sloj troposfere naziva se tropopauza. U troposferi su turbulencija i konvekcija jako razvijene, pretežni dio je koncentrisan, oblaci nastaju, razvijaju se.

Stratosfera- sloj atmosfere, koji se nalazi na nadmorskoj visini od 11-50 km. Neznatna promjena temperature u sloju od 11-25 km (donji sloj stratosfere) i njeno povećanje u sloju od 25-40 km od -56,5 do 0,8 °C (gornji sloj stratosfere ili područje inverzije) su tipično. Nakon dostizanja vrijednosti od 273 K (0 °C) na visini od oko 40 km, temperatura ostaje konstantna do visine od 55 km. Ovo područje konstantne temperature naziva se stratopauza i granica je između stratosfere i mezosfere.

Sloj se nalazi u stratosferi ozonosfera(„ozonski sloj“, na nadmorskoj visini od 15-20 do 55-60 km), koji određuje gornju granicu života u. Važna komponenta stratosfere i mezosfere je ozon, koji nastaje kao rezultat fotohemijskih reakcija najintenzivnije na visini od 30 km. Ukupna masa ozona bi bila na normalan pritisak sloj debljine 1,7-4 mm, ali i to je dovoljno da apsorbuje ultraljubičasto, štetno za život. Uništavanje ozona nastaje kada je u interakciji sa slobodnim radikalima, dušičnim oksidom, spojevima koji sadrže halogene (uključujući "freone"). Ozon - alotropija kisika, nastaje kao rezultat sljedeće kemijske reakcije, obično nakon kiše, kada se rezultirajuće jedinjenje podiže u gornje slojeve troposfere; ozon ima specifičan miris.

Većina kratkotalasnog dela ultraljubičastog zračenja (180-200 nm) zadržava se u stratosferi i energija kratkih talasa se transformiše. Pod uticajem ovih zraka menjaju se magnetna polja, razbijaju se molekuli, dolazi do jonizacije, stvaranja novih gasova i drugih hemijskih jedinjenja. Ovi procesi se mogu posmatrati u obliku polarna svjetlost, munje i drugi sjaji. U stratosferi gotovo da nema vodene pare.

Mezosfera počinje na nadmorskoj visini od 50 km i proteže se do 80-90 km. do visine od 75-85 km pada na -88 °S. Gornja granica mezosfere je mezopauza.

Termosfera(drugo ime je jonosfera) - sloj atmosfere koji prati mezosferu - počinje na visini od 80-90 km i proteže se do 800 km. Temperatura vazduha u termosferi brzo i postojano raste i dostiže nekoliko stotina, pa čak i hiljada stepeni.

Egzosfera- zona raspršivanja, vanjski dio termosfere, smješten iznad 800 km. Gas u egzosferi je veoma razrijeđen, pa stoga njegove čestice cure u međuplanetarni prostor (disipacija).
Do visine od 100 km atmosfera je homogena (jednofazna), dobro izmiješana mješavina plinova. U višim slojevima distribucija plinova po visini ovisi o njihovoj molekularnoj težini, koncentracija težih plinova opada brže s udaljenosti od Zemljine površine. Zbog smanjenja gustine gasa, temperatura pada sa 0 °C u stratosferi na -110 °C u mezosferi. Međutim, kinetička energija pojedinačnih čestica na visinama od 200-250 km odgovara temperaturi od približno 1500 °C. Iznad 200 km, uočene su značajne fluktuacije u temperaturi i gustini gasa u vremenu i prostoru.

Na visini od oko 2000-3000 km, egzosfera postupno prelazi u takozvani bliski svemirski vakuum, koji je ispunjen vrlo razrijeđenim česticama međuplanetarnog plina, uglavnom atomima vodonika. Ali ovaj plin je samo dio međuplanetarne materije. Drugi dio se sastoji od čestica poput prašine kometnog i meteorskog porijekla. Pored ovih izuzetno rijetkih čestica, u ovaj prostor prodire elektromagnetno i korpuskularno zračenje solarnog i galaktičkog porijekla.

Troposfera čini oko 80% mase atmosfere, stratosfera oko 20%; masa mezosfere nije veća od 0,3%, termosfera je manja od 0,05% ukupne mase atmosfere. Na osnovu električnih svojstava u atmosferi razlikuju se neutrosfera i jonosfera. Trenutno se vjeruje da se atmosfera prostire na nadmorskoj visini od 2000-3000 km.

U zavisnosti od sastava gasa u atmosferi, razlikuju se homosfera i heterosfera. heterosfera- ovo je oblast u kojoj gravitacija utiče na odvajanje gasova, jer. njihovo miješanje na ovoj visini je zanemarljivo. Otuda slijedi varijabilni sastav heterosfere. Ispod njega leži dobro izmiješan, homogen dio atmosfere koji se naziva homosfera. Granica između ovih slojeva naziva se turbopauza i nalazi se na nadmorskoj visini od oko 120 km.

Atmosferski pritisak - pritisak atmosferski vazduh na objekte u njemu i zemljine površine. Normalni atmosferski pritisak je 760 mm Hg. Art. (101 325 Pa). Za svaki kilometar povećanja visine, pritisak pada za 100 mm.

Kompozicija atmosfere

Zračna ljuska Zemlje, koja se sastoji uglavnom od plinova i raznih nečistoća (prašina, kapi vode, kristali leda, morske soli, produkti sagorijevanja), čija količina nije konstantna. Glavni gasovi su azot (78%), kiseonik (21%) i argon (0,93%). Koncentracija gasova koji čine atmosferu je skoro konstantna, sa izuzetkom ugljen-dioksida CO2 (0,03%).

Atmosfera takođe sadrži SO2, CH4, NH3, CO, ugljovodonike, HC1, HF, Hg pare, I2, kao i NO i mnoge druge gasove u malim količinama. U troposferi se stalno nalazi velika količina suspendiranih čvrstih i tečnih čestica (aerosol).

Atmosfera(od grčkog atmos - para i spharia - lopta) - zračna ljuska Zemlje koja se rotira s njom. Razvoj atmosfere bio je usko povezan sa geološkim i geohemijskim procesima koji se odvijaju na našoj planeti, kao i sa aktivnostima živih organizama.

Donja granica atmosfere poklapa se sa površinom Zemlje, jer zrak prodire u najmanje pore u tlu i rastvara se čak iu vodi.

Gornja granica na visini od 2000-3000 km postepeno prelazi u svemir.

Atmosfera bogata kiseonikom omogućava život na Zemlji. Atmosferski kisik se koristi u procesu disanja ljudi, životinja i biljaka.

Da nema atmosfere, Zemlja bi bila tiha kao mjesec. Uostalom, zvuk je vibracija čestica zraka. Plava boja neba objašnjava se činjenicom da se sunčeve zrake, prolazeći kroz atmosferu, kao kroz sočivo, razlažu na svoje sastavne boje. U ovom slučaju, zraci plave i plave boje su najviše raspršeni.

Atmosfera zadržava većinu ultraljubičastog zračenja Sunca, koje ima štetan učinak na žive organizme. Takođe zadržava toplotu na površini Zemlje, sprečavajući našu planetu da se ohladi.

Struktura atmosfere

U atmosferi se može razlikovati nekoliko slojeva koji se razlikuju po gustoći i gustoći (slika 1).

Troposfera

Troposfera- najniži sloj atmosfere, čija je debljina iznad polova 8-10 km, u umjerenim geografskim širinama - 10-12 km, a iznad ekvatora - 16-18 km.

Rice. 1. Struktura Zemljine atmosfere

Vazduh u troposferi se zagreva sa zemljine površine, odnosno sa kopna i vode. Dakle, temperatura vazduha u ovom sloju opada sa visinom u proseku za 0,6 °C na svakih 100 m. Na gornjoj granici troposfere dostiže -55 °C. Istovremeno, u području ekvatora na gornjoj granici troposfere temperatura zraka je -70 °C, a u regiji sjeverni pol-65 °S.

Oko 80% mase atmosfere koncentrisano je u troposferi, nalazi se gotovo sva vodena para, javljaju se grmljavine, oluje, oblaci i padavine, a javlja se i vertikalno (konvekcija) i horizontalno (vjetar) kretanje zraka.

Možemo reći da se vrijeme uglavnom formira u troposferi.

Stratosfera

Stratosfera- sloj atmosfere koji se nalazi iznad troposfere na nadmorskoj visini od 8 do 50 km. Boja neba u ovom sloju izgleda ljubičasta, što se objašnjava razrjeđivanjem zraka, zbog čega se sunčevi zraci gotovo ne raspršuju.

Stratosfera sadrži 20% mase atmosfere. Zrak u ovom sloju je razrijeđen, vodene pare praktički nema, pa se oblaci i padavine gotovo ne stvaraju. Međutim, u stratosferi se uočavaju stabilne zračne struje, čija brzina doseže 300 km / h.

Ovaj sloj je koncentrisan ozona(ozonski ekran, ozonosfera), sloj koji upija ultraljubičaste zrake, sprečavajući ih da prođu na Zemlju i na taj način štiteći žive organizme na našoj planeti. Zbog ozona temperatura zraka na gornjoj granici stratosfere je u rasponu od -50 do 4-55 °C.

Između mezosfere i stratosfere postoji prelazna zona – stratopauza.

Mezosfera

Mezosfera- sloj atmosfere koji se nalazi na nadmorskoj visini od 50-80 km. Gustina zraka ovdje je 200 puta manja nego na površini Zemlje. Boja neba u mezosferi je crna, zvezde su vidljive tokom dana. Temperatura vazduha pada na -75 (-90)°S.

Na visini od 80 km počinje termosfera. Temperatura zraka u ovom sloju naglo raste do visine od 250 m, a zatim postaje konstantna: na visini od 150 km dostiže 220-240 °C; na visini od 500-600 km prelazi 1500 °C.

U mezosferi i termosferi, pod dejstvom kosmičkih zraka, molekule gasa se raspadaju na nabijene (jonizovane) čestice atoma, pa se ovaj deo atmosfere naziva jonosfera- sloj vrlo razrijeđenog zraka, koji se nalazi na nadmorskoj visini od 50 do 1000 km, sastoji se uglavnom od joniziranih atoma kisika, molekula dušikovog oksida i slobodnih elektrona. Ovaj sloj karakteriše visoka naelektrisanost, a dugi i srednji radio talasi se odbijaju od njega, kao od ogledala.

U jonosferi nastaju aurore - sjaj razrijeđenih plinova pod utjecajem električno nabijenih čestica koje lete sa Sunca - i uočavaju se oštre fluktuacije u magnetskom polju.

Egzosfera

Egzosfera- vanjski sloj atmosfere, koji se nalazi iznad 1000 km. Ovaj sloj se još naziva i sfera raspršivanja, jer se čestice gasa kreću ovde sa velika brzina i može se raspršiti u svemir.

Kompozicija atmosfere

Atmosfera je mešavina gasova koja se sastoji od azota (78,08%), kiseonika (20,95%), ugljen-dioksida (0,03%), argona (0,93%), male količine helijuma, neona, ksenona, kriptona (0,01%), ozona i drugih gasova, ali je njihov sadržaj zanemarljiv (tabela 1). Savremeni sastav Zemljinog zraka uspostavljen je prije više od stotinu miliona godina, ali je naglo povećana ljudska proizvodna aktivnost ipak dovela do njegove promjene. Trenutno postoji povećanje sadržaja CO 2 za oko 10-12%.

Uključeno u sastav atmosfere plinovi obavljaju različite funkcionalne uloge. Međutim, glavni značaj ovih gasova određen je prvenstveno činjenicom da oni veoma snažno apsorbuju energiju zračenja i tako značajno utiču na temperaturni režim Zemljina površina i atmosfera.

Tabela 1. Hemijski sastav suvog atmosferskog zraka u blizini površine zemlje

Nitrogen, najčešći plin u atmosferi, kemijski malo aktivan.

Kiseonik, za razliku od dušika, je kemijski vrlo aktivan element. Specifična funkcija kisika je oksidacija organske tvari heterotrofnih organizama, stijena i nepotpuno oksidiranih plinova koje vulkani emituju u atmosferu. Bez kiseonika ne bi došlo do raspadanja mrtve organske materije.

Uloga ugljičnog dioksida u atmosferi je izuzetno velika. U atmosferu ulazi kao rezultat procesa sagorijevanja, disanja živih organizama, raspadanja i prije svega je glavni građevinski materijal za stvaranje organske tvari tokom fotosinteze. Osim toga, od velike je važnosti svojstvo ugljičnog dioksida da prenosi kratkovalno sunčevo zračenje i apsorbira dio toplotnog dugovalnog zračenja, što će stvoriti tzv. Efekat staklenika, o čemu će biti riječi u nastavku.

Utjecaj na atmosferske procese, posebno na termički režim stratosfere, vrše i ozona. Ovaj plin služi kao prirodni apsorber sunčevog ultraljubičastog zračenja, a apsorpcija sunčevog zračenja dovodi do zagrijavanja zraka. Prosječne mjesečne vrijednosti ukupnog sadržaja ozona u atmosferi variraju ovisno o geografskoj širini područja i godišnjem dobu u rasponu od 0,23-0,52 cm (ovo je debljina ozonskog omotača pri pritisku i temperaturi tla). Dolazi do povećanja sadržaja ozona od ekvatora do polova i godišnji kurs sa minimumom u jesen i maksimumom u proleće.

Karakterističnim svojstvom atmosfere može se nazvati činjenica da se sadržaj glavnih plinova (dušik, kisik, argon) neznatno mijenja s visinom: na visini od 65 km u atmosferi, sadržaj dušika je 86%, kisika - 19 , argon - 0,91, na nadmorskoj visini od 95 km - azot 77, kiseonik - 21,3, argon - 0,82%. Konstantnost sastava atmosferskog zraka vertikalno i horizontalno održava se njegovim miješanjem.

Pored gasova, vazduh sadrži vodena para i čvrste čestice. Potonji mogu imati i prirodno i vještačko (antropogeno) porijeklo. To su polen cvijeća, sitni kristali soli, cestovna prašina, aerosolne nečistoće. Kada sunčevi zraci prodru kroz prozor, mogu se vidjeti golim okom.

Posebno mnogo čestica ima u vazduhu gradova i velikih industrijskih centara, gde se aerosolima dodaju emisije štetnih gasova i njihovih nečistoća koje nastaju tokom sagorevanja goriva.

Koncentracija aerosola u atmosferi određuje prozirnost zraka, što utiče na sunčevo zračenje koje dopire do površine Zemlje. Najveći aerosoli su kondenzaciona jezgra (od lat. condensatio- zbijanje, zgušnjavanje) - doprinose transformaciji vodene pare u kapljice vode.

Vrijednost vodene pare određena je prvenstveno činjenicom da ona odlaže dugovalno toplotno zračenje zemljine površine; predstavlja glavnu kariku velikih i malih ciklusa vlage; podiže temperaturu vazduha kada se vodeni slojevi kondenzuju.

Količina vodene pare u atmosferi varira u vremenu i prostoru. Tako se koncentracija vodene pare u blizini površine zemlje kreće od 3% u tropima do 2-10 (15)% na Antarktiku.

Prosječni sadržaj vodene pare u vertikalnom stupcu atmosfere u umjerenim geografskim širinama je oko 1,6-1,7 cm (sloj kondenzirane vodene pare će imati takvu debljinu). Informacije o vodenoj pari u različitim slojevima atmosfere su kontradiktorne. Pretpostavljalo se, na primjer, da u rasponu nadmorske visine od 20 do 30 km specifična vlažnost snažno raste s visinom. Međutim, naknadna mjerenja ukazuju na veću suhoću stratosfere. Očigledno, specifična vlažnost u stratosferi malo zavisi od visine i iznosi 2-4 mg/kg.

Promjenjivost sadržaja vodene pare u troposferi određena je interakcijom isparavanja, kondenzacije i horizontalnog transporta. Kao rezultat kondenzacije vodene pare nastaju oblaci i padavine u obliku kiše, grada i snijega.

Procesi faznih prelaza vode odvijaju se uglavnom u troposferi, zbog čega se oblaci u stratosferi (na visinama od 20-30 km) i mezosferi (u blizini mezopauze), koji se nazivaju sedef i srebro, relativno retko primećuju. , dok troposferski oblaci često pokrivaju oko 50% cjelokupne površine Zemlje.

Količina vodene pare koja može biti sadržana u zraku ovisi o temperaturi zraka.

1 m 3 zraka na temperaturi od -20 ° C ne može sadržavati više od 1 g vode; na 0 °C - ne više od 5 g; na +10 °S - ne više od 9 g; na +30 °C - ne više od 30 g vode.

zaključak:Što je temperatura zraka viša, više vodene pare može sadržavati.

Vazduh može biti bogat i nije zasićeno pare. Dakle, ako na temperaturi od +30 ° C 1 m 3 zraka sadrži 15 g vodene pare, zrak nije zasićen vodenom parom; ako je 30 g - zasićeno.

Apsolutna vlažnost- ovo je količina vodene pare sadržana u 1 m 3 zraka. Izražava se u gramima. Na primjer, ako kažu " apsolutna vlažnost jednak 15", to znači da 1 m L sadrži 15 g vodene pare.

Relativna vlažnost- ovo je omjer (u procentima) stvarnog sadržaja vodene pare u 1 m 3 zraka i količine vodene pare koja može biti sadržana u 1 m L na datoj temperaturi. Na primjer, ako se preko radija emituje vremenska prognoza da je relativna vlažnost 70%, to znači da zrak sadrži 70% vodene pare koju može zadržati na datoj temperaturi.

Što je veća relativna vlažnost vazduha, t. što je vazduh bliži zasićenju, veća je verovatnoća da će pasti.

Uočava se uvek visoka (do 90%) relativna vlažnost vazduha ekvatorijalna zona, budući da je tokom cijele godine visoka temperatura zraka i dolazi do velikog isparavanja sa površine okeana. Ista visoka relativna vlažnost je i u polarnim područjima, ali samo zbog at niske temperature ah, čak i mala količina vodene pare čini zrak zasićenim ili blizu zasićenja. U umjerenim geografskim širinama relativna vlažnost zraka varira sezonski - viša je zimi, a niža ljeti.

Relativna vlažnost vazduha je posebno niska u pustinjama: 1 m 1 vazduha tamo sadrži dva do tri puta manje od količine vodene pare moguće na datoj temperaturi.

Za merenje relativna vlažnost koristite higrometar (od grčkog hygros - mokar i metreco - mjerim).

Kada se ohladi, zasićeni vazduh ne može zadržati istu količinu vodene pare u sebi, on se zgušnjava (kondenzira), pretvarajući se u kapljice magle. Magla se može uočiti ljeti u vedrim i prohladnim noćima.

Oblaci- ovo je ista magla, samo što se ne formira na površini zemlje, već na određenoj visini. Kako se zrak diže, hladi se, a vodena para u njemu kondenzira. Nastale sitne kapljice vode čine oblake.

uključeni u formiranje oblaka čestice suspendovan u troposferi.

Oblaci možda imaju različit oblik, što zavisi od uslova njihovog formiranja (tabela 14).

Najniži i najteži oblaci su stratusni. Nalaze se na nadmorskoj visini od 2 km od površine zemlje. Na nadmorskoj visini od 2 do 8 km može se posmatrati slikovitije Kumulusni oblaci. Najviši i najlakši su cirusni oblaci. Nalaze se na nadmorskoj visini od 8 do 18 km iznad površine zemlje.

Atmosferska zaštita

Glavni izvori su industrijska preduzeća i automobili. U velikim gradovima, problem zagađenja gasom glavnih transportnih pravaca je veoma akutan. Zato u mnogima glavni gradoviširom svijeta, pa tako i kod nas, uvedena je ekološka kontrola toksičnosti izduvnih gasova automobila. Prema mišljenju stručnjaka, dim i prašina u zraku mogu prepoloviti protok sunčeve energije do površine zemlje, što će dovesti do promjene prirodnih uslova.

10,045×10 3 J/(kg*K) (u temperaturnom opsegu od 0-100°C), C v 8,3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C). Rastvorljivost vazduha u vodi na 0°C je 0,036%, na 25°C - 0,22%.

Kompozicija atmosfere

Istorija formiranja atmosfere

Rana istorija

Trenutno nauka ne može sa 100% preciznošću pratiti sve faze formiranja Zemlje. Prema najčešćoj teoriji, Zemljina atmosfera je tokom vremena bila u četiri različita sastava. U početku se sastojao od lakih gasova (vodonik i helijum) uhvaćenih iz međuplanetarnog prostora. Ova tzv primarna atmosfera. U sljedećoj fazi, aktivna vulkanska aktivnost dovela je do zasićenja atmosfere drugim plinovima osim vodonika (ugljovodonici, amonijak, vodena para). Ovako sekundarna atmosfera. Ova atmosfera je bila obnavljajuća. Nadalje, proces formiranja atmosfere određivali su sljedeći faktori:

• stalno curenje vodonika u međuplanetarni prostor;
• hemijske reakcije koje se dešavaju u atmosferi pod uticajem ultraljubičastog zračenja, pražnjenja groma i nekih drugih faktora.

Postepeno su ovi faktori doveli do formiranja tercijarne atmosfere, koju karakterizira mnogo manji sadržaj vodika i mnogo veći sadržaj dušika i ugljičnog dioksida (nastalih kao rezultat kemijskih reakcija iz amonijaka i ugljikovodika).

Pojava života i kiseonika

Pojavom živih organizama na Zemlji kao rezultat fotosinteze, praćene oslobađanjem kisika i apsorpcijom ugljičnog dioksida, sastav atmosfere se počeo mijenjati. Međutim, postoje podaci (analiza izotopskog sastava atmosferskog kiseonika i onog koji se oslobađa tokom fotosinteze) koji svjedoče u prilog geološkom porijeklu atmosferskog kisika.

U početku se kiseonik trošio na oksidaciju redukovanih jedinjenja – ugljovodonika, željeznog oblika gvožđa sadržanog u okeanima, itd. Na kraju ove faze, sadržaj kiseonika u atmosferi počeo je da raste.

U 1990-im, provedeni su eksperimenti za stvaranje zatvorenog ekološki sistem(“Biosfera 2”), tokom koje nije bilo moguće stvoriti stabilan sistem sa jednim sastavom vazduha. Utjecaj mikroorganizama doveo je do smanjenja razine kisika i povećanja količine ugljičnog dioksida.

Nitrogen

Formiranje velike količine N 2 nastaje zbog oksidacije primarne atmosfere amonijak-vodik molekularnim O 2, koji je počeo dolaziti s površine planete kao rezultat fotosinteze, kako se očekivalo, prije oko 3 milijarde godina. (prema drugoj verziji, atmosferski kiseonik je geološkog porekla). Dušik se oksidira u NO u gornjim slojevima atmosfere, koristi se u industriji i vezuje ga bakterijama koje fiksiraju dušik, dok se N 2 oslobađa u atmosferu kao rezultat denitrifikacije nitrata i drugih spojeva koji sadrže dušik.

Azot N 2 je inertan gas i reaguje samo pod određenim uslovima (na primer, tokom pražnjenja groma). Može se oksidirati i pretvoriti u biološki oblik pomoću cijanobakterija, nekih bakterija (na primjer, kvržica koje formiraju rizobijalnu simbiozu sa mahunarkama).

Oksidacija molekularnog azota električnim pražnjenjima koristi se u industrijskoj proizvodnji azotnih đubriva, a dovela je i do stvaranja jedinstvenih naslaga salitre u čileanskoj pustinji Atacama.

plemenitih gasova

Sagorevanje goriva je glavni izvor zagađujućih gasova (CO , NO, SO 2). Sumpor dioksid se oksidira zrakom O 2 u SO 3 u gornjim slojevima atmosfere, koji stupa u interakciju s parama H 2 O i NH 3, a nastali H 2 SO 4 i (NH 4) 2 SO 4 vraćaju se na površinu Zemlje zajedno s padavinama. . Upotreba motora sa unutrašnjim sagorevanjem dovodi do značajnog zagađenja vazduha azotnim oksidima, ugljovodonicima i jedinjenjima Pb.

Zagađenje atmosfere aerosolom uzrokovano je oba prirodna uzroka (erupcija vulkana, prašne oluje, prenos kapljica morska voda i čestice polena biljaka i dr.), te ljudske ekonomske aktivnosti (vađenje ruda i građevinskog materijala, sagorijevanje goriva, proizvodnja cementa, itd.). Intenzivno uklanjanje čestica velikih razmjera u atmosferu je jedan od njih mogući uzroci planetarne klimatske promjene.

Struktura atmosfere i karakteristike pojedinih školjki

Fizičko stanje atmosfere određeno je vremenom i klimom. Glavni parametri atmosfere: gustina vazduha, pritisak, temperatura i sastav. Kako se visina povećava, gustina vazduha i atmosferski pritisak se smanjuju. Temperatura se također mijenja sa promjenom nadmorske visine. Vertikalna struktura atmosfere karakteriše se različitim temperaturnim i električnim svojstvima, različitim uslovima vazduha. U zavisnosti od temperature u atmosferi razlikuju se sljedeći glavni slojevi: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera, egzosfera (sfera raspršivanja). Prijelazne regije atmosfere između susjednih školjki nazivaju se tropopauza, stratopauza, itd., respektivno.

Troposfera

Stratosfera

Većina kratkotalasnog dela ultraljubičastog zračenja (180-200 nm) zadržava se u stratosferi i energija kratkih talasa se transformiše. Pod uticajem ovih zraka menjaju se magnetna polja, razbijaju se molekuli, dolazi do jonizacije, stvaranja novih gasova i drugih hemijskih jedinjenja. Ovi procesi se mogu posmatrati u obliku sjevernog svjetla, munja i drugih sjaja.

U stratosferi i višim slojevima, pod uticajem sunčevog zračenja, molekuli gasa se disociraju - na atome (iznad 80 km disociraju se CO 2 i H 2, iznad 150 km - O 2, iznad 300 km - H 2). Na visini od 100-400 km dolazi do jonizacije gasova i u jonosferi, a na visini od 320 km koncentracija naelektrisanih čestica (O + 2, O - 2, N + 2) iznosi ~ 1/300 koncentracija neutralnih čestica. U gornjim slojevima atmosfere nalaze se slobodni radikali - OH, HO 2 itd.

U stratosferi gotovo da nema vodene pare.

Mezosfera

Do visine od 100 km atmosfera je homogena, dobro izmiješana mješavina plinova. U višim slojevima distribucija gasova po visini zavisi od njihove molekularne mase, koncentracija težih gasova opada brže sa udaljavanjem od Zemljine površine. Zbog smanjenja gustine gasa, temperatura opada sa 0°S u stratosferi na −110°S u mezosferi. Međutim, kinetička energija pojedinih čestica na visinama od 200-250 km odgovara temperaturi od ~1500°C. Iznad 200 km, uočene su značajne fluktuacije u temperaturi i gustini gasa u vremenu i prostoru.

Na visini od oko 2000-3000 km, egzosfera postupno prelazi u takozvani bliski svemirski vakuum, koji je ispunjen vrlo razrijeđenim česticama međuplanetarnog plina, uglavnom atomima vodonika. Ali ovaj plin je samo dio međuplanetarne materije. Drugi dio se sastoji od čestica poput prašine kometnog i meteorskog porijekla. Pored ovih izuzetno rijetkih čestica, u ovaj prostor prodire elektromagnetno i korpuskularno zračenje solarnog i galaktičkog porijekla.

Troposfera čini oko 80% mase atmosfere, stratosfera oko 20%; masa mezosfere nije veća od 0,3%, termosfera je manja od 0,05% ukupne mase atmosfere. Na osnovu električnih svojstava u atmosferi razlikuju se neutrosfera i jonosfera. Trenutno se vjeruje da se atmosfera prostire na nadmorskoj visini od 2000-3000 km.

U zavisnosti od sastava gasa u atmosferi, oni emituju homosfera i heterosfera. heterosfera- ovo je oblast u kojoj gravitacija utiče na odvajanje gasova, jer je njihovo mešanje na takvoj visini zanemarljivo. Otuda slijedi varijabilni sastav heterosfere. Ispod njega leži dobro izmiješan, homogen dio atmosfere koji se naziva homosfera. Granica između ovih slojeva naziva se turbopauza, nalazi se na nadmorskoj visini od oko 120 km.

Atmosferska svojstva

Već na visini od 5 km nadmorske visine, neuvježbana osoba razvija gladovanje kisikom i, bez adaptacije, performanse osobe su značajno smanjene. Tu se završava fiziološka zona atmosfere. Ljudsko disanje postaje nemoguće na visini od 15 km, iako do oko 115 km atmosfera sadrži kiseonik.

Atmosfera nam daje kiseonik koji nam je potreban za disanje. Međutim, zbog pada ukupnog pritiska atmosfere kako se dižete na visinu, parcijalni pritisak kiseonika takođe se smanjuje u skladu sa tim.

Ljudska pluća stalno sadrže oko 3 litre alveolarnog zraka. Parcijalni pritisak kiseonika u alveolarnom vazduhu pri normalnom atmosferskom pritisku je 110 mm Hg. Art., pritisak ugljičnog dioksida - 40 mm Hg. čl. i vodena para −47 mm Hg. Art. Sa povećanjem nadmorske visine, pritisak kiseonika opada, a ukupni pritisak vodene pare i ugljen-dioksida u plućima ostaje gotovo konstantan - oko 87 mm Hg. Art. Protok kiseonika u pluća će potpuno prestati kada pritisak okolnog vazduha postane jednak ovoj vrednosti.

Na visini od oko 19-20 km, atmosferski pritisak pada na 47 mm Hg. Art. Stoga, na ovoj visini, voda i intersticijska tečnost počinju da ključaju u ljudskom tijelu. Izvan kabine pod pritiskom na ovim visinama, smrt se događa gotovo trenutno. Dakle, sa stanovišta ljudske fiziologije, "svemir" počinje već na visini od 15-19 km.

Gusti slojevi zraka - troposfera i stratosfera - štite nas od štetnog djelovanja radijacije. Uz dovoljno razrjeđivanje zraka, na visinama većim od 36 km, jonizujuće zračenje, primarno kosmičko zračenje, ima intenzivan učinak na organizam; na visinama većim od 40 km djeluje ultraljubičasti dio sunčevog spektra, koji je opasan za ljude.

Atmosfera se proteže naviše stotinama kilometara. Njegova gornja granica, na nadmorskoj visini od oko 2000-3000 km, donekle uslovno, budući da gasovi koji ga čine, postepeno razređeni, prelaze u svetski prostor. Promjena s visinom hemijski sastav atmosfera, pritisak, gustina, temperatura i njena druga fizička svojstva. Kao što je ranije spomenuto, hemijski sastav zraka do visine od 100 km ne mijenja se bitno. Nešto više, atmosfera se takođe sastoji uglavnom od azota i kiseonika. Ali na visinama 100-110 km, Pod uticajem ultraljubičastog zračenja sunca, molekuli kiseonika se dele na atome i nastaje atomski kiseonik. Iznad 110-120 km skoro sav kiseonik postaje atomski. Pretpostavlja se da iznad 400-500 km gasovi koji čine atmosferu takođe su u atomskom stanju.

Pritisak i gustina vazduha brzo opadaju sa visinom. Iako se atmosfera proteže stotinama kilometara prema gore, većina se nalazi u prilično tankom sloju uz površinu zemlje u njenim najnižim dijelovima. Dakle, u sloju između nivoa mora i nadmorske visine 5-6 km polovina mase atmosfere koncentrisana je u sloju 0-16 km-90%, au sloju 0-30 km- 99%. Isto brzo smanjenje zračne mase događa se iznad 30 km. Ako je težina 1 m 3 vazduha na zemljinoj površini iznosi 1033 g, zatim na visini od 20 km jednaka je 43 g, a na visini 40 km samo 4 godine

Na nadmorskoj visini od 300-400 km a iznad, vazduh je toliko razređen da se njegova gustina tokom dana mnogo puta menja. Istraživanja su pokazala da je ova promjena gustine povezana sa položajem Sunca. Najveća gustina vazduha je oko podneva, a najmanja noću. To se dijelom objašnjava činjenicom da gornji slojevi atmosfere reagiraju na promjene u elektromagnetnom zračenju Sunca.

Promena temperature vazduha sa visinom je takođe neujednačena. Prema prirodi promjene temperature sa visinom, atmosfera se dijeli na nekoliko sfera, između kojih se nalaze prijelazni slojevi, takozvane pauze, gdje se temperatura malo mijenja sa visinom.

Evo imena i glavnih karakteristika sfera i prelaznih slojeva.

Izložimo osnovne podatke o fizičkim svojstvima ovih sfera.

Troposfera. Fizička svojstva troposfere u velikoj mjeri su određena uticajem zemljine površine, koja je njena donja granica. Najveća visina troposfere uočena je u ekvatorijalnim i tropskim zonama. Ovdje dostiže 16-18 km i relativno malo podložan dnevnim i sezonskim promjenama. Iznad polarnih i susjednih područja, gornja granica troposfere leži u prosjeku na nivou od 8-10 km. U srednjim geografskim širinama kreće se od 6-8 do 14-16 km.

Vertikalna snaga troposfere značajno zavisi od prirode atmosferskih procesa. Često tokom dana gornja granica troposfere nad datom tačkom ili područjem opada ili raste za nekoliko kilometara. To je uglavnom zbog promjena temperature zraka.

Više od 4/5 mase Zemljine atmosfere i gotovo sva vodena para koja se u njoj nalazi koncentrisano je u troposferi. Osim toga, od zemljine površine do gornje granice troposfere, temperatura pada u prosjeku za 0,6° na svakih 100 m, odnosno 6° za 1 km uzdizanje . To je zbog činjenice da se zrak u troposferi zagrijava i hladi uglavnom sa površine zemlje.

U skladu s prilivom sunčeve energije, temperatura opada od ekvatora prema polovima. dakle, prosječna temperatura vazduh na zemljinoj površini na ekvatoru dostiže +26°, preko polarnih oblasti zimi -34°, -36°, a ljeti oko 0°. Dakle, temperaturna razlika između ekvatora i pola iznosi 60° zimi i samo 26° ljeti. Istina, tako niske temperature na Arktiku zimi se primjećuju samo blizu površine zemlje zbog hlađenja zraka preko ledenih prostranstava.

Zimi, u centralnom Antarktiku, temperatura zraka na površini ledenog pokrivača je još niža. Na stanici Vostok avgusta 1960. godine zabilježena je najniža temperatura na kugli zemaljskoj -88,3°, a najčešće na centralnom Antarktiku iznosi -45°, -50°.

Sa visine se smanjuje temperaturna razlika između ekvatora i pola. Na primjer, na visini 5 km na ekvatoru temperatura dostiže -2°, -4°, a na istoj visini u centralnom Arktiku -37°, -39° zimi i -19°, -20° ljeti; pa je temperaturna razlika zimi 35-36°, a ljeti 16-17°. Na južnoj hemisferi ove razlike su nešto veće.

Energija atmosferske cirkulacije može se odrediti temperaturnim ugovorima pola ekvatora. Budući da su temperaturni kontrasti veći zimi, atmosferski procesi su intenzivniji nego ljeti. Ovo takođe objašnjava činjenicu da je dominantna zapadni vjetrovi zimi u troposferi imaju veće brzine nego ljeti. U ovom slučaju, brzina vjetra, po pravilu, raste s visinom, dostižući maksimum na gornjoj granici troposfere. Horizontalni transport je praćen vertikalnim kretanjem vazduha i turbulentnim (poremećenim) kretanjem. Zbog dizanja i pada velikih količina zraka nastaju i razilaze se oblaci, nastaju i prestaju padavine. Prijelazni sloj između troposfere i sfere iznad je tropopauza. Iznad njega se nalazi stratosfera.

Stratosfera prostire se od visina 8-17 do 50-55 km. Otvoren je početkom našeg veka. By fizička svojstva Stratosfera se naglo razlikuje od troposfere već po tome što se temperatura zraka ovdje, u pravilu, povećava u prosjeku za 1 - 2 ° po kilometru nadmorske visine i na gornjoj granici, na visini od 50-55 km,čak postaje pozitivna. Povećanje temperature u ovom području uzrokovano je prisustvom ozona (O 3) ovdje, koji nastaje pod utjecajem ultraljubičastog zračenja Sunca. Ozonski omotač pokriva gotovo cijelu stratosferu. Stratosfera je veoma siromašna vodenom parom. Nema nasilnih procesa stvaranja oblaka i padavina.

U novije vrijeme, pretpostavljalo se da je stratosfera relativno mirno okruženje, gdje se ne događa miješanje zraka, kao u troposferi. Stoga se vjerovalo da su plinovi u stratosferi podijeljeni u slojeve, u skladu sa njihovom specifičnom težinom. Otuda i naziv stratosfere ("stratus" - slojevit). Također se vjerovalo da se temperatura u stratosferi formira pod utjecajem radijacijske ravnoteže, odnosno kada su apsorbirano i reflektovano sunčevo zračenje jednake.

Novi podaci dobijeni radiosondama i meteorološkim raketama pokazali su da u stratosferi, kao iu gornjoj troposferi, postoji intenzivna cirkulacija zraka sa velikim promjenama temperature i vjetra. Ovdje, kao iu troposferi, zrak doživljava značajna vertikalna kretanja, turbulentna kretanja sa jakim horizontalnim strujanjima zraka. Sve je to rezultat neujednačene raspodjele temperature.

Prijelazni sloj između stratosfere i sfere iznad je stratopauza. Međutim, prije nego što pređemo na karakteristike viših slojeva atmosfere, upoznajmo se s takozvanom ozonosferom, čije granice približno odgovaraju granicama stratosfere.

Ozon u atmosferi. Ozon igra važnu ulogu u stvaranju temperaturnog režima i vazdušnih strujanja u stratosferi. Ozon (O 3) osjećamo nakon grmljavine kada ga udišemo čist vazduh sa prijatnim ukusom. Međutim, ovdje nećemo govoriti o ovom ozonu nastalom nakon grmljavine, već o ozonu sadržanom u sloju 10-60 km sa maksimumom na visini od 22-25 km. Ozon nastaje djelovanjem ultraljubičastih zraka sunca i, iako je njegova ukupna količina neznatna, igra važnu ulogu u atmosferi. Ozon ima sposobnost da apsorbuje ultraljubičasto zračenje sunca i na taj način štiti životinje i biljni svijet od njegovog destruktivnog dejstva. Čak i onaj sićušni dio ultraljubičastih zraka koji dopire do površine zemlje jako opeče tijelo kada se osoba pretjerano voli sunčati.

Količina ozona nije ista u različitim dijelovima Zemlje. Više ozona ima na visokim geografskim širinama, manje u srednjim i niskim geografskim širinama, a ta količina se mijenja u zavisnosti od promjene godišnjih doba. Više ozona u proljeće, manje u jesen. Osim toga, njegove neperiodične fluktuacije javljaju se ovisno o horizontalnoj i vertikalnoj cirkulaciji atmosfere. Mnogi atmosferski procesi su usko povezani sa sadržajem ozona, jer on direktno utiče na temperaturno polje.

Zimi, tokom polarne noći, na visokim geografskim širinama, ozonski omotač emituje i hladi vazduh. Kao rezultat toga, u stratosferi visokih geografskih širina (na Arktiku i Antarktiku) zimi se formira hladno područje, stratosferski ciklonski vrtlog sa velikim horizontalnim gradijentom temperature i pritiska, koji uzrokuje zapadne vjetrove nad srednjim geografskim širinama globusa.

Ljeti, u uslovima polarnog dana, na visokim geografskim širinama, dolazi do apsorpcije u ozonskom omotaču solarna toplota i zagrevanje vazduha. Kao rezultat povećanja temperature u stratosferi visokih geografskih širina, formira se toplinska regija i stratosferski anticiklonski vrtlog. Dakle, preko prosječne geografske širine globusa iznad 20 km ljeti u stratosferi prevladavaju istočni vjetrovi.

Mezosfera. Promatranjima meteorološkim raketama i drugim metodama utvrđeno je da se ukupni porast temperature uočen u stratosferi završava na visinama od 50-55 km. Iznad ovog sloja temperatura ponovo opada i blizu gornje granice mezosfere (oko 80 km) dostiže -75°, -90°. Dalje, temperatura ponovo raste sa visinom.

Zanimljivo je napomenuti da se smanjenje temperature sa visinom, karakteristično za mezosferu, dešava različito na različitim geografskim širinama i tokom cijele godine. Na niskim geografskim širinama, pad temperature se dešava sporije nego na visokim geografskim širinama: prosečan vertikalni temperaturni gradijent za mezosferu je, respektivno, 0,23° - 0,31° na 100 m ili 2,3°-3,1° po 1 km. Ljeti je mnogo veći nego zimi. Kao što je prikazano najnovije istraživanje u visokim geografskim širinama, temperatura na gornjoj granici mezosfere ljeti je nekoliko desetina stepeni niža nego zimi. U gornjoj mezosferi na visini od oko 80 km u sloju mezopauze prestaje smanjenje temperature sa visinom i počinje njeno povećanje. Ovdje, ispod inverzionog sloja u sumrak ili prije izlaska sunca po vedrom vremenu, uočavaju se blistavi tanki oblaci, obasjani suncem ispod horizonta. Na tamnoj pozadini neba sijaju srebrnoplavom svjetlošću. Stoga se ovi oblaci nazivaju srebrnastim.

Priroda noćnih oblaka još nije dobro shvaćena. Za dugo vremena vjerovali da se sastoje od vulkanske prašine. Međutim, odsustvo optičkih pojava karakterističnih za stvarne vulkanske oblake dovelo je do odbacivanja ove hipoteze. Zatim je sugerisano da se noćni oblaci sastoje od kosmičke prašine. Posljednjih godina je predložena hipoteza da su ovi oblaci sastavljeni od kristala leda, poput običnih cirusnih oblaka. Nivo lokacije noćnih oblaka određen je slojem kašnjenja zbog temperaturna inverzija prilikom prelaska iz mezosfere u termosferu na visini od oko 80 km. Budući da temperatura u subinverzijskom sloju dostiže -80°C i niže, ovdje se stvaraju najpovoljniji uslovi za kondenzaciju vodene pare, koja ovdje ulazi iz stratosfere kao rezultat vertikalnog kretanja ili turbulentnom difuzijom. Noctilucentni oblaci se obično primjećuju ljeti, ponekad u veoma velikom broju i po nekoliko mjeseci.

Zapažanja za srebrnasti oblaci ustanovljeno je da su ljeti na njihovom nivou vjetrovi veoma promjenljivi. Brzine vjetra uvelike variraju: od 50-100 do nekoliko stotina kilometara na sat.

Temperatura na nadmorskoj visini. Vizuelni prikaz prirode raspodjele temperature po visini, između zemljine površine i visina od 90-100 km, zimi i ljeti na sjevernoj hemisferi, dat je na slici 5. Površine koje razdvajaju sfere ovdje su podebljane isprekidane linije. Na samom dnu, troposfera se dobro ističe, s karakterističnim smanjenjem temperature s visinom. Iznad tropopauze, u stratosferi, naprotiv, temperatura raste sa visinom uopšte i na visinama od 50-55 km dostiže +10°, -10°. Obratimo pažnju na jedan važan detalj. Zimi, u stratosferi visokih geografskih širina, temperatura iznad tropopauze pada od -60 do -75 ° i samo iznad 30 km ponovo poraste na -15°. Ljeti, počevši od tropopauze, temperatura raste sa visinom i za 50 km dostiže +10°. Iznad stratopauze, temperatura ponovo počinje da se smanjuje sa visinom, i to na nivou od 80 km ne prelazi -70°, -90°.

Sa slike 5 proizilazi da u sloju 10-40 km temperatura zraka zimi i ljeti na visokim geografskim širinama se oštro razlikuje. Zimi, tokom polarne noći, temperatura ovdje dostiže -60°, -75°, a ljeti minimum -45° je u blizini tropopauze. Iznad tropopauze temperatura raste i na visinama od 30-35 km iznosi samo -30°, -20°, što je uzrokovano zagrijavanjem zraka u ozonskom omotaču tokom polarnog dana. Takođe iz slike proizilazi da ni u jednoj sezoni i na istom nivou temperatura nije ista. Njihova razlika između različitih geografskih širina prelazi 20-30°. U ovom slučaju, nehomogenost je posebno značajna u niskotemperaturnom sloju (18-30 km) iu sloju maksimalnih temperatura (50-60 km) u stratosferi, kao iu sloju niskih temperatura u gornjoj mezosferi (75-85km).

Srednje temperature prikazane na slici 5 su bazirane na opažanjima na sjevernoj hemisferi, ali se prema dostupnim informacijama mogu pripisati i južnoj hemisferi. Neke razlike postoje uglavnom na visokim geografskim širinama. Nad Antarktikom zimi je temperatura zraka u troposferi i nižoj stratosferi primjetno niža nego nad Centralnim Arktikom.

Visoki vjetrovi. Sezonska distribucija temperature određuje prilično složen sistem vazdušnih strujanja u stratosferi i mezosferi.

Slika 6 prikazuje vertikalni presjek polja vjetra u atmosferi između zemljine površine i visine od 90 km zimi i ljeta na sjevernoj hemisferi. Izolinije pokazuju prosječne brzine preovlađujućeg vjetra (in gospođa). Iz slike slijedi da se režim vjetra zimi i ljeti u stratosferi oštro razlikuje. Zimi, kako u troposferi tako iu stratosferi, preovlađuju zapadni vjetrovi sa maksimalnom brzinom od oko

100 gospođa na visini od 60-65 km. Ljeti preovlađuju zapadni vjetrovi samo do visine od 18-20 km. Viši postaju istočni, sa maksimalnim brzinama do 70 gospođa na visini od 55-60km.

Ljeti, iznad mezosfere, vjetrovi postaju zapadni, a zimi istočni.

Termosfera. Iznad mezosfere nalazi se termosfera, koju karakteriše povećanje temperature With visina. Prema podacima dobijenim, uglavnom uz pomoć raketa, utvrđeno je da je u termosferi već na nivou od 150 km temperatura vazduha dostiže 220-240°, a na nivou od 200°C km preko 500°. Iznad, temperatura nastavlja da raste i na nivou od 500-600 km prelazi 1500°. Na osnovu podataka iz lansiranja umjetni sateliti Na Zemlji, utvrđeno je da u gornjoj termosferi temperatura dostiže oko 2000° i značajno oscilira tokom dana. Postavlja se pitanje kako objasniti tako visoku temperaturu u visokim slojevima atmosfere. Podsjetimo da je temperatura plina mjera prosječne brzine molekula. U donjem, najgušćem dijelu atmosfere, molekuli plina koji čine zrak često se sudaraju jedni s drugima prilikom kretanja i trenutno prenose kinetičku energiju jedni na druge. Stoga je kinetička energija u gustom mediju u prosjeku ista. U visokim slojevima, gdje je gustina zraka vrlo mala, sudari između molekula smještenih na velikim udaljenostima se rjeđe dešavaju. Kada se energija apsorbira, brzina molekula u intervalu između sudara se jako mijenja; osim toga, molekuli lakših plinova kreću se većom brzinom od molekula teških plinova. Kao rezultat toga, temperatura plinova može biti različita.

U rijetkim plinovima postoji relativno malo molekula vrlo malih veličina (laki plinovi). Ako se kreću velikom brzinom, tada će temperatura u datom volumenu zraka biti visoka. U termosferi svaki kubni centimetar vazduha sadrži desetine i stotine hiljada molekula raznih gasova, dok ih na površini zemlje ima oko sto miliona milijardi. Zbog toga previsoke temperature u visokim slojevima atmosfere, koje pokazuju brzinu kretanja molekula u ovom veoma tankom mediju, ne mogu izazvati čak ni blago zagrevanje tela koje se nalazi ovde. Kao što čovek ne oseća toplotu kada zaslepljuje električne lampe, iako se filamenti u razređenom mediju trenutno zagreju do nekoliko hiljada stepeni.

U nižoj termosferi i mezosferi, glavni dio meteorskih kiša sagorijeva prije nego što stignu na površinu zemlje.

Dostupne informacije o atmosferskim slojevima iznad 60-80 km još uvijek su nedovoljni za konačne zaključke o strukturi, režimu i procesima koji se u njima odvijaju. Međutim, poznato je da u gornjoj mezosferi i donjoj termosferi temperaturni režim nastaje kao rezultat transformacije molekularnog kiseonika (O 2) u atomski kiseonik (O), što nastaje pod dejstvom ultraljubičastog sunčevog zračenja. U termosferi na temperaturnom režimu veliki uticaj daje korpuskularno, rendgensko i. ultraljubičasto zračenje sunca. Ovdje čak i tokom dana dolazi do oštrih promjena temperature i vjetra.

Atmosferska jonizacija. Većina zanimljiva karakteristika atmosfera iznad 60-80 km je ona jonizacija, odnosno proces obrazovanja veliki iznos električno nabijene čestice - joni. Pošto je jonizacija gasova karakteristična za donju termosferu, naziva se i jonosfera.

Gasovi u jonosferi su uglavnom u atomskom stanju. Pod dejstvom ultraljubičastog i korpuskularnog zračenja Sunca, koji imaju veliku energiju, dolazi do procesa odvajanja elektrona od neutralnih atoma i molekula vazduha. Takvi atomi i molekuli koji su izgubili jedan ili više elektrona postaju pozitivno nabijeni, a slobodni elektron se može ponovo vezati za neutralni atom ili molekulu i obdariti ih svojim negativnim nabojem. Ovi pozitivno i negativno nabijeni atomi i molekuli se nazivaju joni, i gasove jonizovani, tj. primivši električni naboj. Pri višoj koncentraciji iona, plinovi postaju električno provodljivi.

Proces jonizacije se najintenzivnije odvija u debelim slojevima ograničenim visinama od 60-80 i 220-400 km. U ovim slojevima postoje optimalni uslovi za jonizaciju. Ovdje je gustina zraka primjetno veća nego u gornjim slojevima atmosfere, a priliv ultraljubičastog i korpuskularnog zračenja Sunca dovoljan je za proces jonizacije.

Otkriće jonosfere jedno je od najvažnijih i najsjajnijih dostignuća nauke. Uostalom, karakteristična karakteristika jonosfere je njen uticaj na širenje radio talasa. U jonizovanim slojevima, radio talasi se reflektuju, i stoga postaje moguća radio komunikacija velikog dometa. Naelektrisani atomi-joni reflektuju kratke radio talase, i oni se ponovo vraćaju na površinu zemlje, ali već na znatnoj udaljenosti od mesta radio prenosa. Očigledno, kratki radio talasi prolaze ovu putanju nekoliko puta i time je obezbeđena radio komunikacija velikog dometa. Da nije jonosfera, onda bi za prijenos signala radio stanica na velike udaljenosti bilo potrebno izgraditi skupe radio relejne linije.

Međutim, poznato je da su kratkotalasne radio komunikacije ponekad poremećene. To se događa kao rezultat kromosferskih baklji na Suncu, zbog čega se ultraljubičasto zračenje Sunca naglo povećava, što dovodi do jakih poremećaja jonosfere i Zemljinog magnetskog polja - magnetnih oluja. Tokom magnetnih oluja, radio komunikacija je poremećena, jer kretanje naelektrisanih čestica zavisi od magnetnog polja. Tokom magnetnih oluja, jonosfera lošije odbija radio talase ili ih propušta u svemir. Uglavnom s promjenom solarne aktivnosti, praćeno povećanjem ultraljubičastog zračenja, povećava se gustoća elektrona u jonosferi i apsorpcija radio valova u toku dana, što dovodi do prekida kratkotalasne radio komunikacije.

Prema novom istraživanju, u snažnom ioniziranom sloju postoje zone u kojima koncentracija slobodnih elektrona dostiže nešto veću koncentraciju nego u susjednim slojevima. Poznate su četiri takve zone, koje se nalaze na visinama od oko 60-80, 100-120, 180-200 i 300-400 km i označeni su slovima D, E, F 1 i F 2 . Sa povećanjem zračenja Sunca, nabijene čestice (korpuskule) pod uticajem Zemljinog magnetnog polja se odbijaju prema visokim geografskim širinama. Ulaskom u atmosferu, čestice pojačavaju ionizaciju plinova do te mjere da počinje njihov sjaj. Ovako auroras- u obliku prekrasnih raznobojnih lukova koji svijetle na noćnom nebu, uglavnom na visokim geografskim širinama Zemlje. Aurore su praćene jakim magnetnim olujama. U takvim slučajevima, aurore postaju vidljive u srednjim geografskim širinama, au rijetkim slučajevima čak iu tropskoj zoni. Tako je, na primjer, intenzivna aurora uočena 21-22. januara 1957. godine bila vidljiva u gotovo svim južnim krajevima naše zemlje.

Fotografisanjem aurore sa dve tačke koje se nalaze na udaljenosti od nekoliko desetina kilometara, visina aurore se utvrđuje sa velikom tačnošću. Aurore se obično nalaze na nadmorskoj visini od oko 100 km,često se nalaze na visini od nekoliko stotina kilometara, a ponekad i na visini od oko 1000 km. Iako je priroda aurore razjašnjena, još uvijek ima mnogo neriješenih pitanja vezanih za ovaj fenomen. Razlozi za raznolikost oblika aurore još uvijek su nepoznati.

Prema trećem sovjetskom satelitu, između visina 200 i 1000 km tokom dana prevladavaju pozitivni joni podijeljenog molekulskog kisika, odnosno atomskog kisika (O). Sovjetski naučnici proučavaju jonosferu uz pomoć vještačkih satelita serije Kosmos. Američki naučnici uz pomoć satelita proučavaju i jonosferu.

Površina koja odvaja termosferu od egzosfere varira ovisno o promjenama sunčeve aktivnosti i drugih faktora. Vertikalno, ove fluktuacije dostižu 100-200 km i više.

Egzosfera (sfera raspršivanja) - najgornji dio atmosfere, koji se nalazi iznad 800 km. Malo je proučavana. Prema podacima opservacija i teorijskih proračuna, temperatura u egzosferi raste sa visinom vjerovatno do 2000°. Za razliku od niže jonosfere, u egzosferi su plinovi toliko rijetki da se njihove čestice, krećući se ogromnim brzinama, gotovo nikada ne susreću.

Do relativno nedavno, pretpostavljalo se da se uslovna granica atmosfere nalazi na visini od oko 1000 km. Međutim, na osnovu usporavanja veštačkih Zemljinih satelita, ustanovljeno je da na visinama od 700-800 km u 1 cm 3 sadrži do 160 hiljada pozitivnih jona atomskog kiseonika i dušika. To daje osnovu za pretpostavku da se nabijeni slojevi atmosfere protežu u svemir na mnogo veću udaljenost.

At visoke temperature na uslovnoj granici atmosfere, brzine čestica gasa dostižu približno 12 km/s Pri ovim brzinama, plinovi postepeno napuštaju područje Zemljine gravitacije u međuplanetarni prostor. Ovo traje već duže vrijeme. Na primjer, čestice vodonika i helijuma uklanjaju se u međuplanetarni prostor tokom nekoliko godina.

U proučavanju visokih slojeva atmosfere dobijeni su bogati podaci kako sa satelita serije Kosmos i Elektron, tako i sa geofizičkih raketa i svemirskih stanica Mars-1, Luna-4 itd. Dragocjena su bila i direktna posmatranja astronauta. Dakle, prema fotografijama koje je u svemiru napravila V. Nikolaeva-Tereshkova, utvrđeno je da je na visini od 19 km postoji sloj prašine sa Zemlje. To su potvrdili i podaci do kojih je došla posada svemirske letjelice Voskhod. Očigledno postoji bliska veza između sloja prašine i tzv sedefni oblaci, ponekad se opaža na visinama od oko 20-30km.

Od atmosfere do svemira. Dosadašnje pretpostavke da je izvan Zemljine atmosfere, u međuplanetarnoj

prostoru, gasovi su vrlo razrijeđeni i koncentracija čestica ne prelazi nekoliko jedinica u 1 cm 3, nisu bili opravdani. Istraživanja su pokazala da je prostor blizu Zemlje ispunjen nabijenim česticama. Na osnovu toga je postavljena hipoteza o postojanju zona oko Zemlje sa izrazito povećanim sadržajem naelektrisanih čestica, tj. radijacioni pojasevi- unutrašnji i eksterni. Novi podaci pomogli su da se razjasni. Ispostavilo se da postoje i nabijene čestice između unutrašnjeg i vanjskog radijacijskog pojasa. Njihov broj varira ovisno o geomagnetskoj i solarnoj aktivnosti. Dakle, prema novoj pretpostavci, umjesto radijacionih pojaseva, postoje zone zračenja bez jasno definisanih granica. Granice zona zračenja mijenjaju se ovisno o sunčevoj aktivnosti. Njegovim intenziviranjem, odnosno kada se na Suncu pojave mrlje i mlazovi gasa, izbačeni na stotine hiljada kilometara, povećava se protok kosmičkih čestica koje napajaju radijacijske zone Zemlje.

Zone zračenja su opasne za ljude koji lete svemirskim brodovima. Stoga se prije leta u svemir određuju stanje i položaj zona zračenja, a orbita letjelice bira na način da ona prolazi izvan područja pojačanog zračenja. Međutim, visoki slojevi atmosfere, kao i svemir u blizini Zemlje, još nisu dovoljno proučeni.

U proučavanju visokih slojeva atmosfere i svemira blizu Zemlje koriste se bogati podaci dobijeni sa satelita serije Kosmos i svemirskih stanica.

Najmanje su proučeni visoki slojevi atmosfere. Međutim, moderne metode proučavanja omogućavaju nam da se nadamo da će osoba u narednim godinama znati mnoge detalje strukture atmosfere na čijem dnu živi.

U zaključku, predstavljamo šematski vertikalni presjek atmosfere (slika 7). Ovdje su visine u kilometrima i tlak zraka u milimetrima iscrtane vertikalno, a temperatura horizontalno. Puna kriva prikazuje promjenu temperature zraka s visinom. Na odgovarajućim visinama uočene su najvažnije pojave uočene u atmosferi, kao i maksimalne visine do kojih su došli radiosonde i druga sredstva sondiranja atmosfere.

- vazdušni omotač globusa koji rotira sa Zemljom. Gornja granica atmosfere konvencionalno se provodi na visinama od 150-200 km. Donja granica je površina Zemlje.

Atmosferski vazduh je mešavina gasova. Najveći dio njegove zapremine u površinskom sloju zraka čini dušik (78%) i kisik (21%). Pored toga, vazduh sadrži inertne gasove (argon, helijum, neon itd.), ugljen-dioksid (0,03), vodenu paru i razne čvrste čestice (prašinu, čađ, kristale soli).

Vazduh je bezbojan, a boja neba objašnjava se posebnostima rasipanja svetlosnih talasa.

Atmosfera se sastoji od nekoliko slojeva: troposfere, stratosfere, mezosfere i termosfere.

Donji sloj vazduha se zove troposfera. Na različitim geografskim širinama, njegova snaga nije ista. Troposfera ponavlja oblik planete i učestvuje zajedno sa Zemljom u aksijalnoj rotaciji. Na ekvatoru debljina atmosfere varira od 10 do 20 km. Na ekvatoru je veći, a na polovima manji. Troposferu karakterizira najveća gustina zraka, u njoj je koncentrisano 4/5 mase cijele atmosfere. Troposfera određuje vrijeme: razne vazdušne mase, formiraju se oblaci i padavine, dolazi do intenzivnog horizontalnog i vertikalnog kretanja zraka.

Iznad troposfere, do visine od 50 km, nalazi se stratosfera. Odlikuje ga manja gustina vazduha, u njemu nema vodene pare. U donjem dijelu stratosfere na visinama od oko 25 km. postoji "ozonski ekran" - sloj atmosfere sa visokom koncentracijom ozona, koji apsorbuje ultraljubičasto zračenje, koje je pogubno za organizme.

Na nadmorskoj visini od 50 do 80-90 km prostire se mezosfera. Kako se visina povećava, temperatura opada sa prosječnim vertikalnim gradijentom od (0,25-0,3)°/100 m, a gustina zraka opada. Glavni energetski proces je prijenos topline zračenja. Sjaj atmosfere nastaje zbog složenih fotohemijskih procesa koji uključuju radikale, vibraciono pobuđene molekule.

Termosfera nalazi se na nadmorskoj visini od 80-90 do 800 km. Gustina vazduha je ovde minimalna, stepen jonizacije vazduha je veoma visok. Temperatura se mijenja ovisno o aktivnosti Sunca. Zbog velikog broja nabijenih čestica, ovdje se uočavaju aurore i magnetne oluje.

Atmosfera je od velikog značaja za prirodu Zemlje. Bez kiseonika, živi organizmi ne mogu disati. Njegov ozonski omotač štiti sva živa bića od štetnih ultraljubičastih zraka. Atmosfera izglađuje temperaturne fluktuacije: Zemljina površina se ne prehlađuje noću i ne pregreva se tokom dana. U gustim slojevima atmosferskog zraka, koji ne dopiru do površine planete, meteoriti izgaraju iz trnja.

Atmosfera je u interakciji sa svim školjkama Zemlje. Uz njegovu pomoć, razmjena topline i vlage između okeana i kopna. Bez atmosfere ne bi bilo oblaka, padavina, vjetrova.

Ljudske aktivnosti imaju značajan negativan uticaj na atmosferu. Dolazi do zagađenja zraka, što dovodi do povećanja koncentracije ugljičnog monoksida (CO 2). A to doprinosi globalnom zagrijavanju i pojačava "efekat staklene bašte". Ozonski omotač Zemlje se uništava zbog industrijskog otpada i transporta.

Atmosferu treba zaštititi. U razvijenim zemljama se preduzima niz mjera za zaštitu atmosferskog zraka od zagađenja.

Imate bilo kakvih pitanja? Želite li saznati više o atmosferi?
Da dobijete pomoć tutora - registrujte se.

stranice, uz potpuno ili djelomično kopiranje materijala, obavezan je link na izvor.