La atmósfera es la capa gaseosa de nuestro planeta que gira con la Tierra. El gas en la atmósfera se llama aire. La atmósfera está en contacto con la hidrosfera y cubre parcialmente la litosfera. Pero es difícil determinar los límites superiores. Convencionalmente, se supone que la atmósfera se extiende hacia arriba unos tres mil kilómetros. Allí fluye suavemente hacia el espacio sin aire.

La composición química de la atmósfera terrestre.

La formación de la composición química de la atmósfera comenzó hace unos cuatro mil millones de años. Inicialmente, la atmósfera se componía únicamente de gases ligeros: helio e hidrógeno. Según los científicos, los requisitos previos iniciales para la creación de una capa de gas alrededor de la Tierra fueron las erupciones volcánicas que, junto con la lava, emitieron una gran cantidad de gases. Posteriormente, se inició el intercambio de gases con los espacios acuáticos, con los organismos vivos, con los productos de su actividad. La composición del aire cambió gradualmente y forma moderna establecida hace varios millones de años.

Los principales componentes de la atmósfera son nitrógeno (alrededor del 79%) y oxígeno (20%). El porcentaje restante (1%) lo representan los siguientes gases: argón, neón, helio, metano, dióxido de carbono, hidrógeno, criptón, xenón, ozono, amoníaco, dióxido de azufre y nitrógeno, óxido nitroso y monóxido de carbono, incluidos en este uno porciento.

Además, el aire contiene vapor de agua y partículas (polen de plantas, polvo, cristales de sal, impurezas de aerosoles).

Recientemente, los científicos han notado un cambio no cualitativo, sino cuantitativo en algunos ingredientes del aire. Y la razón de esto es la persona y su actividad. Sólo en los últimos 100 años dióxido de carbono ha aumentado significativamente! Esto está plagado de muchos problemas, el más global de los cuales es el cambio climático.

Formación del tiempo y el clima.

La atmósfera juega un papel vital en la configuración del clima y el tiempo en la Tierra. Mucho depende de la cantidad de luz solar, de la naturaleza de la superficie subyacente y de la circulación atmosférica.

Veamos los factores en orden.

1. La atmósfera transmite el calor de los rayos del sol y absorbe la radiación dañina. Los antiguos griegos sabían que los rayos del Sol caen sobre diferentes partes de la Tierra en diferentes ángulos. La misma palabra "clima" en la traducción del griego antiguo significa "pendiente". Si, en el ecuador rayos de sol caen casi verticalmente, porque aquí hace mucho calor. Cuanto más cerca de los polos, mayor es el ángulo de inclinación. Y la temperatura está bajando.

2. Debido al calentamiento desigual de la Tierra, se forman corrientes de aire en la atmósfera. Se clasifican según su tamaño. Los más pequeños (decenas y centenas de metros) son vientos locales. Le siguen monzones y vientos alisios, ciclones y anticiclones, zonas frontales planetarias.

Todos estos masas de aire están en constante movimiento. Algunos de ellos son bastante estáticos. Por ejemplo, los vientos alisios que soplan desde los subtrópicos hacia el ecuador. El movimiento de otros depende en gran medida de la presión atmosférica.

3. La presión atmosférica es otro factor que influye en la formación del clima. Esta es la presión del aire en la superficie de la tierra. Como sabes, las masas de aire se desplazan desde una zona con alta presión atmosférica hacia una zona donde esta presión es más baja.

Hay 7 zonas en total. Ecuador - zona baja presión. Además, a ambos lados del ecuador hasta la trigésima latitud - la región alta presión. De 30° a 60° - nuevamente baja presión. Y de 60° a los polos - una zona de alta presión. Las masas de aire circulan entre estas zonas. Las que van del mar a la tierra traen lluvia y mal tiempo, y las que soplan de los continentes traen tiempo claro y seco. En lugares donde las corrientes de aire chocan, se forman zonas frente atmosférico, que se caracterizan por la precipitación y las inclemencias del tiempo y el viento.

Los científicos han demostrado que incluso el bienestar de una persona depende de la presión atmosférica. Según las normas internacionales, la presión atmosférica normal es de 760 mm Hg. columna a 0°C. Esta cifra se calcula para aquellas áreas de tierra que están casi al ras del nivel del mar. La presión disminuye con la altitud. Por lo tanto, por ejemplo, para San Petersburgo 760 mm Hg. - es la norma. Pero para Moscú, que se encuentra más arriba, la presión normal es de 748 mm Hg.

La presión cambia no solo verticalmente, sino también horizontalmente. Esto se siente especialmente durante el paso de los ciclones.

La estructura de la atmósfera.

El ambiente es como un pastel de capas. Y cada capa tiene sus propias características.

. Troposfera es la capa más cercana a la Tierra. El "grosor" de esta capa cambia a medida que te alejas del ecuador. Por encima del ecuador, la capa se extiende hacia arriba durante 16-18 km, en zonas templadas- a los 10-12 km, en los polos - a los 8-10 km.

Es aquí donde están contenidos el 80% de la masa total de aire y el 90% del vapor de agua. Aquí se forman nubes, surgen ciclones y anticiclones. La temperatura del aire depende de la altitud de la zona. En promedio, cae 0,65°C por cada 100 metros.

. tropopausa- capa de transición de la atmósfera. Su altura es de varios cientos de metros a 1-2 km. La temperatura del aire en verano es más alta que en invierno. Entonces, por ejemplo, sobre los polos en invierno -65 ° C. Y sobre el ecuador en cualquier época del año es -70 ° C.

. Estratosfera- esta es una capa, cuyo límite superior se extiende a una altitud de 50-55 kilómetros. La turbulencia es baja aquí, el contenido de vapor de agua en el aire es insignificante. Pero mucho ozono. Su máxima concentración se encuentra a una altitud de 20-25 km. En la estratosfera, la temperatura del aire comienza a subir y alcanza los +0,8 °C. Esto se debe a que la capa de ozono interactúa con la radiación ultravioleta.

. estratopausia- bajo capa intermedia entre la estratosfera y la siguiente mesosfera.

. mesosfera- el límite superior de esta capa es de 80-85 kilómetros. Aquí tienen lugar complejos procesos fotoquímicos en los que intervienen los radicales libres. Son ellos quienes proporcionan ese suave resplandor azul de nuestro planeta, que se ve desde el espacio.

La mayoría de los cometas y meteoritos se queman en la mesosfera.

. mesopausia- la siguiente capa intermedia, la temperatura del aire en la que es de al menos -90 °.

. termosfera- el límite inferior comienza a una altitud de 80 - 90 km, y el límite superior de la capa pasa aproximadamente en la marca de 800 km. La temperatura del aire está aumentando. Puede variar de +500° C a +1000° C. ¡Durante el día, las fluctuaciones de temperatura ascienden a cientos de grados! Pero el aire aquí está tan enrarecido que la comprensión del término "temperatura" tal como la imaginamos no es apropiada aquí.

. Ionosfera- une mesosfera, mesopausa y termosfera. El aire aquí se compone principalmente de moléculas de oxígeno y nitrógeno, así como de plasma casi neutro. Los rayos del sol, al caer en la ionosfera, ionizan fuertemente las moléculas de aire. En la capa inferior (hasta 90 km), el grado de ionización es bajo. Cuanto más alto, más ionización. Entonces, a una altitud de 100-110 km, los electrones se concentran. Esto contribuye a la reflexión de ondas de radio cortas y medianas.

La capa más importante de la ionosfera es la superior, que se encuentra a una altitud de 150-400 km. Su peculiaridad es que refleja las ondas de radio, y esto contribuye a la transmisión de señales de radio a largas distancias.

Es en la ionosfera donde ocurre un fenómeno como la aurora.

. exosfera- Está formado por átomos de oxígeno, helio e hidrógeno. El gas en esta capa está muy enrarecido y los átomos de hidrógeno a menudo escapan a espacio. Por lo tanto, esta capa se denomina "zona de dispersión".

El primer científico que sugirió que nuestra atmósfera tiene peso fue el italiano E. Torricelli. ¡Ostap Bender, por ejemplo, en la novela "El becerro de oro" lamentó que cada persona fuera presionada por una columna de aire que pesaba 14 kg! Pero el gran estratega estaba un poco equivocado. ¡Una persona adulta experimenta una presión de 13 a 15 toneladas! Pero no sentimos esta pesadez, porque la presión atmosférica se equilibra con la presión interna de una persona. El peso de nuestra atmósfera es de 5.300.000.000.000.000 toneladas. La cifra es colosal, aunque es solo una millonésima parte del peso de nuestro planeta.

Troposfera

Su límite superior se encuentra a una altitud de 8-10 km en latitudes polares, 10-12 km en templadas y 16-18 km en latitudes tropicales; menor en invierno que en verano. La capa principal inferior de la atmósfera contiene más del 80% de la masa total aire atmosférico y alrededor del 90% de todo el vapor de agua en la atmósfera. En la troposfera, la turbulencia y la convección están muy desarrolladas, aparecen nubes, se desarrollan ciclones y anticiclones. La temperatura disminuye con la altitud con un gradiente vertical promedio de 0,65°/100 m

tropopausa

La capa de transición de la troposfera a la estratosfera, la capa de la atmósfera en la que se detiene la disminución de la temperatura con la altura.

Estratosfera

La capa de la atmósfera situada a una altitud de 11 a 50 km. Son típicos un ligero cambio de temperatura en la capa de 11-25 km (la capa inferior de la estratosfera) y su aumento en la capa de 25-40 km de -56,5 a 0,8 °C (la capa superior de la estratosfera o región de inversión). Habiendo alcanzado un valor de unos 273 K (casi 0 °C) a una altitud de unos 40 km, la temperatura permanece constante hasta una altitud de unos 55 km. Esta región de temperatura constante se llama estratopausa y es el límite entre la estratosfera y la mesosfera.

estratopausia

La capa límite de la atmósfera entre la estratosfera y la mesosfera. Hay un máximo en la distribución vertical de la temperatura (alrededor de 0 °C).

mesosfera

La mesosfera comienza a una altitud de 50 km y se extiende hasta 80-90 km. La temperatura disminuye con la altura con un gradiente vertical medio de (0,25-0,3)°/100 m El principal proceso energético es la transferencia de calor radiante. Procesos fotoquímicos complejos que involucran radicales libres, moléculas vibratoriamente excitadas, etc., causan luminiscencia atmosférica.

mesopausia

Capa de transición entre la mesosfera y la termosfera. Hay un mínimo en la distribución vertical de la temperatura (alrededor de -90 °C).

Línea Karman

Altitud sobre el nivel del mar, que se acepta convencionalmente como el límite entre la atmósfera terrestre y el espacio. La línea Karmana se encuentra a una altitud de 100 km sobre el nivel del mar.

Límite de la atmósfera terrestre

termosfera

El límite superior es de unos 800 km. La temperatura sube a altitudes de 200-300 km, donde alcanza valores del orden de los 1500 K, a partir de los cuales se mantiene casi constante hasta altitudes elevadas. Bajo la influencia de los rayos ultravioleta y los rayos X. radiación solar y la radiación cósmica, el aire se ioniza ("luces polares"): las regiones principales de la ionosfera se encuentran dentro de la termosfera. En altitudes superiores a 300 km, predomina el oxígeno atómico. El límite superior de la termosfera está determinado en gran medida por la actividad actual del Sol. Durante los períodos de baja actividad, hay una disminución notable en el tamaño de esta capa.

termopausa

La región de la atmósfera por encima de la termosfera. En esta región, la absorción de la radiación solar es insignificante y la temperatura en realidad no cambia con la altura.

Exosfera (esfera de dispersión)

Capas atmosféricas hasta una altura de 120 km

Exosfera - zona de dispersión, parte exterior termosfera situada por encima de los 700 km. El gas en la exosfera está muy enrarecido y, por lo tanto, sus partículas se filtran al espacio interplanetario (disipación).

Hasta una altura de 100 km, la atmósfera es una mezcla homogénea y bien mezclada de gases. En las capas superiores, la distribución de los gases en altura depende de sus masas moleculares, la concentración de los gases más pesados ​​disminuye más rápido con la distancia a la superficie terrestre. Debido a la disminución de la densidad del gas, la temperatura desciende de 0 °C en la estratosfera a -110 °C en la mesosfera. Sin embargo, la energía cinética de partículas individuales a altitudes de 200–250 km corresponde a una temperatura de ~150 °C. Por encima de los 200 km, se observan fluctuaciones significativas en la temperatura y la densidad del gas en el tiempo y el espacio.

A una altitud de aproximadamente 2000-3500 km, la exosfera pasa gradualmente al llamado vacío del espacio cercano, que está lleno de partículas altamente enrarecidas de gas interplanetario, principalmente átomos de hidrógeno. Pero este gas es solo una parte de la materia interplanetaria. La otra parte está compuesta por partículas similares al polvo de origen cometario y meteórico. Además de partículas de polvo extremadamente enrarecidas, la radiación electromagnética y corpuscular de origen solar y galáctico penetra en este espacio.

La troposfera representa alrededor del 80% de la masa de la atmósfera, la estratosfera representa alrededor del 20%; la masa de la mesosfera no supera el 0,3%, la termosfera es inferior al 0,05% de la masa total de la atmósfera. Según las propiedades eléctricas de la atmósfera, se distinguen la neutrosfera y la ionosfera. Actualmente se cree que la atmósfera se extiende hasta una altitud de 2000-3000 km.

Dependiendo de la composición del gas en la atmósfera, se distinguen la homosfera y la heterosfera. La heterosfera es un área donde la gravedad tiene un efecto en la separación de gases, ya que su mezcla a tal altura es despreciable. De aquí se sigue la composición variable de la heterosfera. Debajo se encuentra una parte homogénea y bien mezclada de la atmósfera, llamada homosfera. El límite entre estas capas se denomina turbopausa y se encuentra a una altitud de unos 120 km.

Atmósfera(del griego atmos - vapor y spharia - bola) - la capa de aire de la Tierra, girando con ella. El desarrollo de la atmósfera estuvo estrechamente relacionado con los procesos geológicos y geoquímicos que tienen lugar en nuestro planeta, así como con las actividades de los organismos vivos.

El límite inferior de la atmósfera coincide con la superficie de la Tierra, ya que el aire penetra en los poros más pequeños del suelo y se disuelve incluso en el agua.

El límite superior a una altitud de 2000-3000 km pasa gradualmente al espacio exterior.

La atmósfera rica en oxígeno hace posible la vida en la Tierra. El oxígeno atmosférico se utiliza en el proceso de respiración de humanos, animales y plantas.

Si no hubiera atmósfera, la Tierra estaría tan tranquila como la luna. Después de todo, el sonido es la vibración de las partículas de aire. El color azul del cielo se explica por el hecho de que los rayos del sol, al atravesar la atmósfera, como a través de una lente, se descomponen en sus colores componentes. En este caso, los rayos de colores azul y azul se dispersan sobre todo.

La atmósfera retiene la mayor parte de la radiación ultravioleta del Sol, que tiene un efecto perjudicial sobre los organismos vivos. También mantiene el calor en la superficie de la Tierra, evitando que nuestro planeta se enfríe.

La estructura de la atmósfera.

Se pueden distinguir varias capas en la atmósfera, que difieren en densidad y densidad (Fig. 1).

Troposfera

Troposfera- la capa más baja de la atmósfera, cuyo espesor sobre los polos es de 8-10 km, en latitudes templadas - 10-12 km, y sobre el ecuador - 16-18 km.

Arroz. 1. La estructura de la atmósfera terrestre

El aire en la troposfera es calentado por superficie de la Tierra, es decir, de tierra y agua. Por lo tanto, la temperatura del aire en esta capa disminuye con la altura en un promedio de 0,6 °C por cada 100 m, y en el límite superior de la troposfera alcanza los -55 °C. Al mismo tiempo, en la región del ecuador en el límite superior de la troposfera, la temperatura del aire es de -70 ° C, y en la región Polo Norte-65 °C.

Alrededor del 80% de la masa de la atmósfera se concentra en la troposfera, casi todo el vapor de agua se encuentra, se producen tormentas eléctricas, tormentas, nubes y precipitaciones, y se produce movimiento de aire vertical (convección) y horizontal (viento).

Podemos decir que el clima se forma principalmente en la troposfera.

Estratosfera

Estratosfera- la capa de la atmósfera situada por encima de la troposfera a una altitud de 8 a 50 km. El color del cielo en esta capa aparece púrpura, lo que se explica por la rarefacción del aire, por lo que los rayos del sol casi no se dispersan.

La estratosfera contiene el 20% de la masa de la atmósfera. El aire en esta capa está enrarecido, prácticamente no hay vapor de agua y, por lo tanto, casi no se forman nubes ni precipitaciones. Sin embargo, se observan corrientes de aire estables en la estratosfera, cuya velocidad alcanza los 300 km/h.

Esta capa se concentra ozono(pantalla de ozono, ozonosfera), una capa que absorbe los rayos ultravioleta, evitando que pasen a la Tierra y protegiendo así a los organismos vivos de nuestro planeta. Debido al ozono, la temperatura del aire en el límite superior de la estratosfera está en el rango de -50 a 4-55 °C.

Entre la mesosfera y la estratosfera hay una zona de transición: la estratopausa.

mesosfera

mesosfera- una capa de la atmósfera ubicada a una altitud de 50-80 km. La densidad del aire aquí es 200 veces menor que en la superficie de la Tierra. El color del cielo en la mesosfera aparece negro, las estrellas son visibles durante el día. La temperatura del aire baja a -75 (-90) °C.

A una altitud de 80 km comienza termosfera. La temperatura del aire en esta capa aumenta bruscamente hasta una altura de 250 m, y luego se vuelve constante: a una altura de 150 km alcanza 220-240 °C; a una altitud de 500-600 km supera los 1500 °C.

En la mesosfera y la termosfera, bajo la acción de los rayos cósmicos, las moléculas de gas se descomponen en partículas cargadas (ionizadas) de átomos, por lo que esta parte de la atmósfera se llama ionosfera- una capa de aire muy enrarecido, situada a una altitud de 50 a 1000 km, compuesta principalmente por átomos de oxígeno ionizado, moléculas de óxido nítrico y electrones libres. Esta capa se caracteriza por una alta electrificación, y las ondas de radio largas y medianas se reflejan en ella, como en un espejo.

En la ionosfera, surgen auroras, el resplandor de los gases enrarecidos bajo la influencia de partículas cargadas eléctricamente que vuelan desde el Sol, y se observan fuertes fluctuaciones en el campo magnético.

exosfera

exosfera- la capa exterior de la atmósfera, situada por encima de los 1000 km. Esta capa también se llama esfera de dispersión, ya que las partículas de gas se mueven aquí a gran velocidad y pueden dispersarse en el espacio exterior.

Composición de la atmósfera

La atmósfera es una mezcla de gases compuesta por nitrógeno (78,08 %), oxígeno (20,95 %), dióxido de carbono (0,03 %), argón (0,93 %), una pequeña cantidad de helio, neón, xenón, criptón (0,01 %), ozono y otros gases, pero su contenido es insignificante (Cuadro 1). La composición moderna del aire de la Tierra se estableció hace más de cien millones de años, pero el fuerte aumento de la actividad de producción humana, sin embargo, condujo a su cambio. Actualmente, hay un aumento en el contenido de CO 2 de aproximadamente 10-12%.

Los gases que componen la atmósfera cumplen varias funciones funcionales. Sin embargo, la principal importancia de estos gases está determinada principalmente por el hecho de que absorben muy fuertemente la energía radiante y, por lo tanto, tienen un efecto significativo en régimen de temperatura La superficie terrestre y la atmósfera.

Tabla 1. Composición química aire atmosférico seco cerca de la superficie de la tierra

Nitrógeno, el gas más común en la atmósfera, químicamente poco activo.

Oxígeno, a diferencia del nitrógeno, es un elemento químicamente muy activo. La función específica del oxígeno es la oxidación. materia orgánica organismos heterótrofos, rocas y gases suboxidados emitidos a la atmósfera por volcanes. Sin oxígeno, no habría descomposición de la materia orgánica muerta.

El papel del dióxido de carbono en la atmósfera es excepcionalmente grande. Entra en la atmósfera como resultado de los procesos de combustión, respiración de los organismos vivos, descomposición y es, ante todo, el principal material de construcción para la creación de materia orgánica durante la fotosíntesis. Además, es de gran importancia la propiedad del dióxido de carbono de transmitir la radiación solar de onda corta y absorber parte de la radiación térmica de onda larga, lo que creará la denominada Efecto invernadero, que se discutirá a continuación.

La influencia sobre los procesos atmosféricos, especialmente sobre el régimen térmico de la estratosfera, también la ejercen ozono. Este gas sirve como absorbente natural de la radiación ultravioleta solar, y la absorción de la radiación solar conduce al calentamiento del aire. Los valores medios mensuales del contenido total de ozono en la atmósfera varían según la latitud de la zona y la estación entre 0,23 y 0,52 cm (este es el espesor de la capa de ozono a presión y temperatura del suelo). Hay un aumento en el contenido de ozono desde el ecuador a los polos y curso anual con un mínimo en otoño y un máximo en primavera.

Una propiedad característica de la atmósfera se puede llamar el hecho de que el contenido de los gases principales (nitrógeno, oxígeno, argón) cambia ligeramente con la altura: a una altitud de 65 km en la atmósfera, el contenido de nitrógeno es del 86%, oxígeno - 19 , argón - 0,91, a una altitud de 95 km - nitrógeno 77, oxígeno - 21,3, argón - 0,82%. La constancia de la composición del aire atmosférico vertical y horizontalmente se mantiene mediante su mezcla.

Además de gases, el aire contiene vapor de agua y partículas sólidas. Estos últimos pueden tener un origen tanto natural como artificial (antropogénico). Estos son polen de flores, diminutos cristales de sal, polvo de carreteras, impurezas de aerosoles. Cuando los rayos del sol penetran por la ventana, se pueden ver a simple vista.

Hay especialmente muchas partículas en el aire de las ciudades y grandes centros industriales, donde las emisiones de gases nocivos y sus impurezas formadas durante la combustión de combustibles se suman a los aerosoles.

La concentración de aerosoles en la atmósfera determina la transparencia del aire, lo que incide en la radiación solar que llega a la superficie terrestre. Los aerosoles más grandes son núcleos de condensación (del lat. condensación- compactación, espesamiento) - contribuyen a la transformación del vapor de agua en gotas de agua.

El valor del vapor de agua está determinado principalmente por el hecho de que retrasa la radiación térmica de onda larga de la superficie terrestre; representa el eslabón principal de los ciclos de humedad grandes y pequeños; eleva la temperatura del aire cuando los lechos de agua se condensan.

La cantidad de vapor de agua en la atmósfera varía con el tiempo y el espacio. Así, la concentración de vapor de agua cerca de la superficie terrestre oscila entre el 3% en los trópicos y el 2-10 (15)% en la Antártida.

El contenido promedio de vapor de agua en la columna vertical de la atmósfera en latitudes templadas es de aproximadamente 1,6-1,7 cm (la capa de vapor de agua condensado tendrá ese espesor). La información sobre el vapor de agua en diferentes capas de la atmósfera es contradictoria. Se supuso, por ejemplo, que en el rango de altitud de 20 a 30 km, la humedad específica aumenta fuertemente con la altura. Sin embargo, mediciones posteriores indican una mayor sequedad de la estratosfera. Aparentemente, la humedad específica en la estratosfera depende poco de la altura y asciende a 2-4 mg/kg.

La variabilidad del contenido de vapor de agua en la troposfera está determinada por la interacción de la evaporación, la condensación y el transporte horizontal. Como resultado de la condensación del vapor de agua, se forman y caen nubes. precipitación en forma de lluvia, granizo y nieve.

Los procesos de transición de fase del agua ocurren principalmente en la troposfera, por lo que las nubes en la estratosfera (a altitudes de 20-30 km) y la mesosfera (cerca de la mesopausa), llamadas nácar y plata, se observan relativamente raramente. , mientras que las nubes troposféricas suelen cubrir alrededor del 50% de la superficie terrestre.

La cantidad de vapor de agua que puede contener el aire depende de la temperatura del aire.

1 m 3 de aire a una temperatura de -20 ° C no puede contener más de 1 g de agua; a 0 °C - no más de 5 g; a +10 °С - no más de 9 g; a +30 °С - no más de 30 g de agua.

Conclusión: Cuanto mayor sea la temperatura del aire, más vapor de agua puede contener.

El aire puede ser rico y no saturado vapor. Entonces, si a una temperatura de +30 ° C 1 m 3 de aire contiene 15 g de vapor de agua, el aire no está saturado con vapor de agua; si 30 g - saturado.

Humedad absoluta- esta es la cantidad de vapor de agua contenida en 1 m 3 de aire. Se expresa en gramos. Por ejemplo, si dicen " humedad absoluta igual a 15", esto significa que 1 m L contiene 15 g de vapor de agua.

Humedad relativa- esta es la relación (en porcentaje) del contenido real de vapor de agua en 1 m 3 de aire a la cantidad de vapor de agua que puede contener 1 m L a una temperatura dada. Por ejemplo, si se transmite por radio un informe meteorológico que indica que la humedad relativa es del 70%, esto significa que el aire contiene el 70% del vapor de agua que puede contener a una temperatura determinada.

Cuanto mayor sea la humedad relativa del aire, t. cuanto más cerca esté el aire de la saturación, más probable es que caiga.

Siempre se observa una humedad relativa alta (hasta 90%) en zona ecuatorial, porque se queda allí todo el año calor aire y hay una gran evaporación desde la superficie de los océanos. La misma humedad relativa alta se encuentra en las regiones polares, pero solo porque en temperaturas bajas incluso una pequeña cantidad de vapor de agua hace que el aire se sature o esté cerca de la saturación. En latitudes templadas, la humedad relativa varía según la estación: es más alta en invierno y más baja en verano.

La humedad relativa del aire es especialmente baja en los desiertos: 1 m 1 de aire contiene de dos a tres veces menos que la cantidad de vapor de agua posible a una temperatura dada.

Para medir humedad relativa use un higrómetro (del griego hygros - mojado y metreco - yo mido).

Cuando se enfría, el aire saturado no puede retener la misma cantidad de vapor de agua en sí mismo, se espesa (se condensa) y se convierte en gotas de niebla. La niebla se puede observar en el verano en una noche clara y fresca.

nubes- esta es la misma niebla, solo que no se forma en la superficie de la tierra, sino a cierta altura. A medida que el aire asciende, se enfría y el vapor de agua que contiene se condensa. Las diminutas gotas de agua resultantes forman las nubes.

involucrados en la formación de nubes materia particular suspendido en la troposfera.

Las nubes pueden tener forma diferente, que depende de las condiciones de su formación (Cuadro 14).

Las nubes más bajas y más pesadas son los estratos. Se encuentran a una altitud de 2 km de la superficie terrestre. A una altitud de 2 a 8 km, se pueden observar más pintorescos nubes cúmulos. Las más altas y ligeras son los cirros. Se encuentran a una altitud de 8 a 18 km sobre la superficie terrestre.

Protección atmosférica

La fuente principal son empresas industriales y autos En las grandes ciudades, el problema de la contaminación por gases de los principales carreteras es muy agudo Por eso en muchos ciudades importantes en todo el mundo, incluso en nuestro país, introdujeron el control ambiental de la toxicidad de los gases de escape de los automóviles. Según los expertos, el humo y el polvo en el aire pueden reducir a la mitad el flujo de energía solar hacia la superficie terrestre, lo que provocará un cambio en las condiciones naturales.

El espacio está lleno de energía. La energía llena el espacio de manera desigual. Hay lugares de su concentración y descarga. De esta manera se puede estimar la densidad. El planeta es un sistema ordenado, con la máxima densidad de materia en el centro y con una disminución gradual de la concentración hacia la periferia. Las fuerzas de interacción determinan el estado de la materia, la forma en que existe. La física describe el estado agregado de las sustancias: sólido, líquido, gas y así sucesivamente.

La atmósfera es el medio gaseoso que rodea al planeta. La atmósfera de la Tierra permite el libre movimiento y permite el paso de la luz, creando un espacio en el que prospera la vida.

El área desde la superficie terrestre hasta una altura de aproximadamente 16 kilómetros (menos desde el ecuador hasta los polos, también depende de la estación) se llama troposfera. La troposfera es la capa que contiene alrededor del 80% del aire de la atmósfera y casi todo el vapor de agua. Es aquí donde tienen lugar los procesos que dan forma al clima. La presión y la temperatura disminuyen con la altura. La razón de la disminución de la temperatura del aire es un proceso adiabático, cuando el gas se expande, se enfría. En el límite superior de la troposfera, los valores pueden llegar a -50, -60 grados centígrados.

Luego viene la estratosfera. Se extiende hasta 50 kilómetros. En esta capa de la atmósfera, la temperatura aumenta con la altura, adquiriendo un valor en el punto más alto de unos 0 C. El aumento de temperatura se produce por el proceso de absorción. capa de ozono rayos ultravioleta. La radiación provoca una reacción química. Las moléculas de oxígeno se descomponen en átomos individuales que pueden combinarse con moléculas de oxígeno normales para formar ozono.

La radiación del sol con longitudes de onda entre 10 y 400 nanómetros se clasifica como ultravioleta. Cuanto más corta es la longitud de onda de la radiación UV, mayor es el peligro que representa para los organismos vivos. Sólo una pequeña fracción de la radiación alcanza la superficie terrestre, además, la parte menos activa de su espectro. Esta característica de la naturaleza le permite a una persona obtener un bronceado saludable.

La siguiente capa de la atmósfera se llama Mesosfera. Límites desde aproximadamente 50 km hasta 85 km. En la mesosfera, la concentración de ozono, que podría atrapar la energía UV, es baja, por lo que la temperatura vuelve a descender con la altura. En el punto máximo, la temperatura desciende a -90 C, algunas fuentes indican un valor de -130 C. La mayoría de los meteoroides se queman en esta capa de la atmósfera.

La capa de la atmósfera que se extiende desde una altura de 85 km hasta una distancia de 600 km de la Tierra se llama termosfera. La termosfera es la primera en encontrar radiación solar, incluido el llamado ultravioleta del vacío.

El aire retrasa la radiación ultravioleta del vacío, lo que calienta esta capa de la atmósfera a temperaturas enormes. Sin embargo, dado que la presión aquí es extremadamente baja, este gas aparentemente incandescente no tiene el mismo efecto en los objetos que en las condiciones de la superficie terrestre. Por el contrario, los objetos colocados en dicho entorno se enfriarán.

A una altitud de 100 km, pasa la línea condicional "Línea Karman", que se considera el comienzo del espacio.

Las auroras ocurren en la termosfera. En esta capa de la atmósfera, el viento solar interactúa con el campo magnético del planeta.

La última capa de la atmósfera es la exosfera, una capa exterior que se extiende por miles de kilómetros. La exosfera es prácticamente un lugar vacío, sin embargo, la cantidad de átomos que deambulan aquí es un orden de magnitud mayor que en el espacio interplanetario.

La persona respira aire. Presión normal - 760 milímetros columna de mercurio. A una altitud de 10.000 m, la presión es de unos 200 mm. rt. Arte. A esta altura, una persona probablemente pueda respirar, al menos no durante mucho tiempo, pero esto requiere preparación. El estado obviamente será inoperante.

La composición de los gases de la atmósfera: 78% nitrógeno, 21% oxígeno, alrededor de un porcentaje de argón, todo lo demás es una mezcla de gases que representa la fracción más pequeña del total.

ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA

Atmósfera(del otro griego ἀτμός - vapor y σφαῖρα - bola) - una capa gaseosa (geosfera) que rodea el planeta Tierra. Su superficie interior cubre la hidrosfera y parcialmente la corteza terrestre, mientras que su superficie exterior limita con la parte cercana a la Tierra del espacio exterior.

Propiedades físicas

El espesor de la atmósfera está a unos 120 km de la superficie de la Tierra. La masa total de aire en la atmósfera es (5.1-5.3) 10 18 kg. De estos, la masa de aire seco es (5.1352 ± 0.0003) 10 18 kg, la masa total de vapor de agua es en promedio 1.27 10 16 kg.

La masa molar del aire limpio y seco es de 28,966 g/mol, la densidad del aire en la superficie del mar es de aproximadamente 1,2 kg/m 3 . La presión a 0 °C al nivel del mar es de 101,325 kPa; temperatura crítica - -140,7 ° C; presión crítica - 3,7 MPa; Cp a 0 °C - 1,0048 10 3 J/(kg K), Cv - 0,7159 10 3 J/(kg K) (a 0 °C). La solubilidad del aire en agua (en masa) a 0 ° C - 0,0036%, a 25 ° C - 0,0023%.

Para “condiciones normales” en la superficie terrestre se toman: densidad 1,2 kg/m 3 , presión barométrica 101,35 kPa, temperatura más 20°C y humedad relativa 50%. Estos indicadores condicionales tienen un valor puramente de ingeniería.

La estructura de la atmósfera.

La atmósfera tiene una estructura en capas. Las capas de la atmósfera difieren entre sí en la temperatura del aire, su densidad, la cantidad de vapor de agua en el aire y otras propiedades.

Troposfera(griego antiguo τρόπος - "giro", "cambio" y σφαῖρα - "bola") - la capa más baja y más estudiada de la atmósfera, de 8 a 10 km de altura en las regiones polares, hasta 10 a 12 km en latitudes templadas, en el ecuador - 16-18 km.

Al ascender en la troposfera, la temperatura desciende una media de 0,65 K cada 100 my alcanza los 180-220 K en la parte superior. Esta capa superior de la troposfera, en la que se detiene el descenso de la temperatura con la altura, se denomina tropopausa. La siguiente capa de la atmósfera por encima de la troposfera se llama estratosfera.

Más del 80% de la masa total del aire atmosférico se concentra en la troposfera, la turbulencia y la convección están muy desarrolladas, la parte predominante del vapor de agua se concentra, se forman nubes, también se forman frentes atmosféricos, se desarrollan ciclones y anticiclones, así como otros procesos que determinan el tiempo y el clima. Los procesos que ocurren en la troposfera se deben principalmente a la convección.

La parte de la troposfera dentro de la cual se pueden formar glaciares en la superficie terrestre se llama quionosfera.

tropopausa(del griego τροπος - giro, cambio y παῦσις - parada, cesación) - la capa de la atmósfera en la que se detiene la disminución de la temperatura con la altura; capa de transición de la troposfera a la estratosfera. En la atmósfera terrestre, la tropopausa se encuentra en altitudes de 8-12 km (sobre el nivel del mar) en las regiones polares y hasta 16-18 km sobre el ecuador. La altura de la tropopausa también depende de la época del año (la tropopausa es más alta en verano que en invierno) y de la actividad ciclónica (es más baja en ciclones y más alta en anticiclones)

El espesor de la tropopausa varía desde varios cientos de metros hasta 2-3 kilómetros. En los subtrópicos, se observan rupturas de la tropopausa debido a poderosas corrientes en chorro. La tropopausa sobre ciertas áreas a menudo se destruye y se vuelve a formar.

Estratosfera(del latín estrato - piso, capa) - una capa de la atmósfera, ubicada a una altitud de 11 a 50 km. Son típicos un ligero cambio de temperatura en la capa de 11-25 km (la capa inferior de la estratosfera) y su aumento en la capa de 25-40 km de -56,5 a 0,8 °C (la capa superior de la estratosfera o región de inversión). Habiendo alcanzado un valor de unos 273 K (casi 0 °C) a una altitud de unos 40 km, la temperatura permanece constante hasta una altitud de unos 55 km. Esta región de temperatura constante se llama estratopausa y es el límite entre la estratosfera y la mesosfera. La densidad del aire en la estratosfera es decenas y cientos de veces menor que al nivel del mar.

Es en la estratosfera donde se encuentra la capa de ozonosfera ("capa de ozono") (a una altitud de 15-20 a 55-60 km), que determina el límite superior de la vida en la biosfera. El ozono (O 3 ) se forma como resultado de reacciones fotoquímicas con mayor intensidad a una altitud de ~30 km. La masa total de O 3 estaría en presión normal una capa con un espesor de 1,7-4,0 mm, pero incluso esto es suficiente para absorber la radiación ultravioleta del sol que es dañina para la vida. La destrucción de O 3 ocurre cuando interactúa con radicales libres, NO, compuestos que contienen halógenos (incluidos los "freones").

La mayor parte de la radiación ultravioleta de longitud de onda corta (180-200 nm) se retiene en la estratosfera y se transforma la energía de las ondas cortas. Bajo la influencia de estos rayos, campos magnéticos, las moléculas se rompen, se produce la ionización, nueva formación de gases y otros compuestos químicos. Estos procesos se pueden observar en forma de auroras boreales, relámpagos y otros resplandores.

En la estratosfera y capas superiores, bajo la influencia de la radiación solar, las moléculas de gas se disocian en átomos (por encima de 80 km, CO 2 y H 2 se disocian, por encima de 150 km - O 2, por encima de 300 km - N 2). A una altitud de 200-500 km, la ionización de gases también ocurre en la ionosfera; a una altitud de 320 km, la concentración de partículas cargadas (O + 2, O - 2, N + 2) es ~ 1/300 de la concentración de partículas neutras. En las capas superiores de la atmósfera hay radicales libres: OH, HO 2, etc.

Casi no hay vapor de agua en la estratosfera.

Los vuelos a la estratosfera comenzaron en la década de 1930. Es ampliamente conocido el vuelo en el primer globo estratosférico (FNRS-1), que Auguste Picard y Paul Kipfer realizaron el 27 de mayo de 1931 a una altura de 16,2 km. Los aviones comerciales supersónicos y de combate modernos vuelan en la estratosfera a altitudes generalmente de hasta 20 km (aunque el techo dinámico puede ser mucho mayor). Los globos meteorológicos de gran altitud se elevan hasta 40 km; el récord de un globo no tripulado es de 51,8 km.

Recientemente, en los círculos militares de los Estados Unidos, se ha prestado mucha atención al desarrollo de las capas de la estratosfera por encima de los 20 km, a menudo llamado "preespacio" (Ing. « cerca del espacio» ). Se supone que los dirigibles no tripulados y los aviones que funcionan con energía solar (como el Pathfinder de la NASA) podrán largo tiempo estar ubicado a una altitud de unos 30 km y proporcionar vigilancia y comunicaciones para áreas muy grandes, sin dejar de ser de baja vulnerabilidad a los sistemas de defensa aérea; tales dispositivos serán muchas veces más baratos que los satélites.

estratopausia- la capa de la atmósfera, que es el límite entre dos capas, la estratosfera y la mesosfera. En la estratosfera, la temperatura aumenta con la altitud, y la estratopausa es la capa donde la temperatura alcanza su máximo. La temperatura de la estratopausa es de aproximadamente 0 °C.

Este fenómeno se observa no solo en la Tierra, sino también en otros planetas con atmósfera.

En la Tierra, la estratopausa se encuentra a una altitud de 50 a 55 km sobre el nivel del mar. La presión atmosférica es aproximadamente 1/1000 de la presión al nivel del mar.

mesosfera(del griego μεσο- - "medio" y σφαῖρα - "bola", "esfera") - la capa de la atmósfera en altitudes de 40-50 a 80-90 km. Se caracteriza por un aumento de la temperatura con la altura; la temperatura máxima (alrededor de +50°C) se encuentra a una altitud de unos 60 km, después de lo cual la temperatura comienza a disminuir a -70° o -80°C. Tal disminución de la temperatura está asociada con la absorción energética de la radiación solar (radiación) por parte del ozono. El término fue adoptado por la Unión Geográfica y Geofísica en 1951.

La composición gaseosa de la mesosfera, así como la de las capas atmosféricas inferiores, es constante y contiene aproximadamente un 80 % de nitrógeno y un 20 % de oxígeno.

La mesosfera está separada de la estratosfera subyacente por la estratopausa y de la termosfera suprayacente por la mesopausa. La mesopausia coincide básicamente con la turbopausa.

Los meteoritos comienzan a brillar y, por regla general, se queman por completo en la mesosfera.

Pueden aparecer nubes noctilucentes en la mesosfera.

Para los vuelos, la mesosfera es una especie de "zona muerta": el aire aquí está demasiado enrarecido para soportar aviones o globos (a una altitud de 50 km, la densidad del aire es 1000 veces menor que al nivel del mar), y al mismo tiempo tiempo demasiado denso para vuelos artificiales satélites en una órbita tan baja. Los estudios directos de la mesosfera se realizan principalmente con la ayuda de cohetes meteorológicos suborbitales; en general, la mesosfera se ha estudiado peor que otras capas de la atmósfera, en relación con lo cual los científicos la llamaron "ignorosfera".

mesopausia

mesopausia La capa de la atmósfera que separa la mesosfera y la termosfera. En la Tierra, se encuentra a una altitud de 80-90 km sobre el nivel del mar. En la mesopausia, hay un mínimo de temperatura, que ronda los -100 °C. Abajo (a partir de una altura de unos 50 km) la temperatura desciende con la altura, arriba (hasta una altura de unos 400 km) vuelve a subir. La mesopausa coincide con el límite inferior de la región de absorción activa de rayos X y la radiación ultravioleta de longitud de onda más corta del Sol. A esta altitud se observan nubes plateadas.

La mesopausa existe no solo en la Tierra, sino también en otros planetas con atmósfera.

Línea Karman- altura sobre el nivel del mar, que se acepta convencionalmente como el límite entre la atmósfera terrestre y el espacio.

Según lo definido por la Fédération Aéronautique Internationale (FAI), la Línea Karman se encuentra a una altitud de 100 km sobre el nivel del mar.

La altura lleva el nombre de Theodor von Karman, un científico estadounidense de origen húngaro. Fue el primero en determinar que aproximadamente a esta altura la atmósfera se vuelve tan enrarecida que la aeronáutica se vuelve imposible, ya que la velocidad de la aeronave, necesaria para crear suficiente sustentación, se vuelve mayor que la primera velocidad cósmica, y por lo tanto, para lograr mayor altitudes, es necesario utilizar los medios de la astronáutica.

La atmósfera de la Tierra continúa más allá de la línea de Karman. parte exterior atmósfera terrestre, la exosfera, se extiende hasta una altura de 10 mil km o más, a tal altitud la atmósfera se compone principalmente de átomos de hidrógeno que pueden salir de la atmósfera.

Llegar a la Línea Karman fue la primera condición para el Premio Ansari X, ya que esta es la base para reconocer el vuelo como un vuelo espacial.