1 / 5
✪ Föld űrhajó(14. rész) – Atmoszféra
✪ Miért nem húzták be a légkört az űr vákuumába?
✪ A Szojuz TMA-8 űrhajó belépése a Föld légkörébe
✪ A légkör szerkezete, jelentése, tanulmányozása
✪ O. S. Ugolnikov "Felső légkör. Föld és űr találkozása"
A légkörnek azt a tartományt tekintjük a Föld körül, amelyben a gáznemű közeg a Földdel együtt forog, mint egységes egész. A bolygóközi térbe a légkör fokozatosan, az exoszférában kerül át a Föld felszínétől 500-1000 km-es magasságból kiindulva.
A Nemzetközi Repülési Szövetség által javasolt definíció szerint a légkör és a tér határa a mintegy 100 km-es magasságban található Karman-vonal mentén húzódik meg, amely felett a légi repülés teljesen lehetetlenné válik. A NASA a 122 kilométeres (400 000 láb) jelölést használja légköri határként, ahol a siklók motoros manőverezésről aerodinamikus manőverezésre váltanak.
A táblázatban feltüntetett gázokon kívül a légkör Cl 2, SO 2, NH 3, CO, O 3, NO 2, szénhidrogének, HCl, HBr, gőzök, I 2, Br 2, valamint sok más gázt is tartalmaz. kisebb mennyiségben. A troposzféra folyamatosan nagy mennyiségű lebegő szilárd és folyékony részecskét (aeroszolt) tartalmaz. A Föld légkörének legritkább gáza a radon (Rn).
A troposzféra alsó rétege (1-2 km vastag), amelyben a Föld felszínének állapota és tulajdonságai közvetlenül befolyásolják a légkör dinamikáját.
Felső határa a sarkvidéken 8-10 km, a mérsékelt öviben 10-12 km, a trópusi szélességeken 16-18 km magasságban van; alacsonyabb télen, mint nyáron.
A légkör alsó, fő rétege a teljes tömeg több mint 80%-át tartalmazza légköri levegőés a légkörben elérhető összes vízgőz körülbelül 90%-a. A turbulencia és a konvekció erősen fejlett a troposzférában, felhők jelennek meg, ciklonok és anticiklonok alakulnak ki. A hőmérséklet a magasság növekedésével csökken, átlagosan 0,65°/100 méteres függőleges gradienssel.
Átmeneti réteg a troposzférából a sztratoszférába, a légkör olyan rétege, amelyben a hőmérséklet magasságcsökkenése megáll.
A légkör 11-50 km magasságban elhelyezkedő rétege. A 11-25 km-es rétegben (a sztratoszféra alsó rétegében) a hőmérséklet enyhe változása és a 25-40 km-es réteg hőmérsékletének emelkedése -56,5-ről +0,8 °-ra (a sztratoszféra felső rétege vagy az inverziós régió) jellemző. . Körülbelül 40 km-es magasságban elérve a 273 K (majdnem 0 °C) értéket, a hőmérséklet körülbelül 55 km-es magasságig állandó marad. Ezt az állandó hőmérsékletű régiót sztratopauzának nevezik, és ez a határ a sztratoszféra és a mezoszféra között.
Határréteg légkör a sztratoszféra és a mezoszféra között. A függőleges hőmérséklet-eloszlásban van egy maximum (kb. 0 °C).
A felső határ körülbelül 800 km. A hőmérséklet 200-300 km magasságig emelkedik, ahol eléri az 1500 K nagyságrendű értéket, ami után szinte állandó marad a nagy magasságokig. A napsugárzás és a kozmikus sugárzás hatására a levegő ionizációja („aurorák”) következik be - az ionoszféra fő régiói a termoszférában találhatók. 300 km feletti magasságban az atomi oxigén dominál. A termoszféra felső határát nagyrészt a Nap aktuális aktivitása határozza meg. Alacsony aktivitású időszakokban - például 2008-2009-ben - ennek a rétegnek a mérete észrevehetően csökken.
A légkörnek a termoszféra felett szomszédos tartománya. Ezen a területen a napsugárzás elnyelése elhanyagolható, és a hőmérséklet valójában nem változik a magassággal.
100 km-es magasságig a légkör homogén, jól elegyített gázkeverék. A magasabb rétegekben a gázok magasság szerinti eloszlása molekulatömegüktől függ, a nehezebb gázok koncentrációja a Föld felszínétől való távolság növekedésével gyorsabban csökken. A gázsűrűség csökkenése miatt a hőmérséklet a sztratoszférában 0 °C-ról -110 °C-ra csökken a mezoszférában. Az egyes részecskék kinetikus energiája azonban 200-250 km magasságban ~150 °C hőmérsékletnek felel meg. 200 km felett jelentős hőmérséklet- és gázsűrűség-ingadozások figyelhetők meg időben és térben.
Körülbelül 2000-3500 km magasságban az exoszféra fokozatosan ún. közeli űrvákuum, amely bolygóközi gáz ritka részecskéivel, főleg hidrogénatomokkal van tele. De ez a gáz csak egy részét képviseli a bolygóközi anyagnak. A másik rész üstökös és meteor eredetű porszemcsékből áll. Ebbe a térbe a rendkívül ritka porszemcsék mellett nap- és galaktikus eredetű elektromágneses és korpuszkuláris sugárzás is behatol.
A troposzféra a légkör tömegének körülbelül 80% -át, a sztratoszféra körülbelül 20% -át teszi ki; a mezoszféra tömege nem több, mint 0,3%, a termoszféra kevesebb, mint 0,05% a légkör teljes tömegének.
A légkör elektromos tulajdonságai alapján megkülönböztetik neutroszféraÉs ionoszféra .
A légkörben lévő gáz összetételétől függően bocsátanak ki homoszféraÉs heteroszféra. Heteroszféra- Ez az a terület, ahol a gravitáció befolyásolja a gázok szétválását, mivel ilyen magasságban ezek keveredése elhanyagolható. Ez a heteroszféra változó összetételét jelenti. Alatta a légkör jól elegyített, homogén része, az úgynevezett homoszféra található. E rétegek közötti határt turbópauzának nevezik, körülbelül 120 km-es magasságban fekszik.
Már 5 km-es tengerszint feletti magasságban egy képzetlen személy oxigénéhezést kezd tapasztalni, és alkalmazkodás nélkül az ember teljesítménye jelentősen csökken. A légkör élettani zónája itt véget ér. Az emberi légzés 9 km-es magasságban lehetetlenné válik, bár körülbelül 115 km-ig a légkör oxigént tartalmaz.
A légkör lát el bennünket a légzéshez szükséges oxigénnel. A légkör össznyomásának csökkenése miatt azonban a magasságra emelkedve az oxigén parciális nyomása ennek megfelelően csökken.
A legelterjedtebb elmélet szerint a Föld légkörének három különböző összetétele volt története során. Kezdetben könnyű gázokból (hidrogén és hélium) állt, amelyeket a bolygóközi térből fogtak be. Ez az ún elsődleges légkör. A következő szakaszban az aktív vulkáni tevékenység a légkör hidrogéntől eltérő gázokkal (szén-dioxid, ammónia, vízgőz) való telítéséhez vezetett. Így alakult ki másodlagos légkör. Ez a légkör helyreállító volt. Továbbá a légkörképződés folyamatát a következő tényezők határozták meg:
Fokozatosan ezek a tényezők vezettek a kialakulásához harmadlagos légkör, amelyet jóval alacsonyabb hidrogén- és sokkal magasabb nitrogén- és szén-dioxid-tartalom jellemez (a kémiai reakciók ammóniából és szénhidrogénekből).
Oktatás nagy mennyiség A nitrogén N 2 az ammónia-hidrogén atmoszféra molekuláris oxigén O 2 általi oxidációjának köszönhető, amely fotoszintézis eredményeként kezdett kijönni a bolygó felszínéről, 3 milliárd évvel ezelőtt. A nitrogén N2 a nitrátok és más nitrogéntartalmú vegyületek denitrifikációja következtében is a légkörbe kerül. A nitrogént az ózon NO-vá oxidálja a felső légkörben.
A nitrogén N 2 csak meghatározott körülmények között (például villámkisülés közben) reagál. Az elektromos kisülések során a molekuláris nitrogén ózon általi oxidációját kis mennyiségben használják fel a nitrogénműtrágyák ipari gyártása során. A hüvelyesekkel rizobiális szimbiózist alkotó cianobaktériumok (kékzöld algák) és göbbaktériumok, amelyek hatékony zöldtrágyák lehetnek - olyan növények, amelyek nem kimerítik, hanem természetes műtrágyával gazdagítják a talajt, alacsony energiafelhasználással oxidálják és átalakítják. biológiailag aktív formába.
A légkör összetétele gyökeresen megváltozni kezdett, amikor a fotoszintézis következtében élő szervezetek jelentek meg a Földön, amit oxigén felszabadulás és szén-dioxid felszívódás kísért. Kezdetben az oxigént redukált vegyületek oxidációjára költötték - ammónia, szénhidrogének, az óceánokban található vas vas formái és mások. Ennek a szakasznak a végén a légkör oxigéntartalma növekedni kezdett. Fokozatosan modern, oxidáló tulajdonságokkal rendelkező légkör alakult ki. Mivel ez a légkörben, a litoszférában és a bioszférában lezajló számos folyamatban komoly és hirtelen változásokat okozott, ezt az eseményt oxigénkatasztrófának nevezték.
Az utóbbi időben az emberek elkezdték befolyásolni a légkör fejlődését. Az emberi tevékenység eredménye a légkör szén-dioxid-tartalmának folyamatos növekedése a korábbi geológiai korszakokban felhalmozódott szénhidrogén tüzelőanyagok elégetése következtében. Hatalmas mennyiségű CO 2 fogy el a fotoszintézis során, és a világ óceánjai nyelték el. Ez a gáz a karbonát bomlása miatt kerül a légkörbe sziklákÉs szerves anyag növényi és állati eredetű, valamint a vulkanizmus és az emberi ipari tevékenység miatt. Az elmúlt 100 év során a légkör CO 2-tartalma 10%-kal nőtt, ennek nagy része (360 milliárd tonna) az üzemanyag elégetésével származik. Ha a tüzelőanyag-égetés növekedési üteme folytatódik, akkor a következő 200-300 évben a légkörben lévő CO 2 mennyisége megkétszereződik, és globális klímaváltozáshoz vezethet.
A tüzelőanyag elégetése a szennyező gázok (CO, SO2) fő forrása. A kén-dioxidot a légköri oxigén SO 3 -dá, a nitrogén-oxidot pedig NO 2 -dá oxidálja a légkör felső rétegeiben, amelyek viszont kölcsönhatásba lépnek a vízgőzzel, és a keletkező kénsav H 2 SO 4 és salétromsav HNO 3 a légkörbe kerül. a Föld felszíne formájában ún savas eső. Használat
A LÉGKÖR FELÉPÍTÉSE
Légkör(ógörögül ἀτμός - gőz és σφαῖρα - labda) - a Föld bolygót körülvevő gázhéj (geoszféra). Belső felülete a hidroszférát és részben a földkérget, míg külső felülete a világűr földközeli részét határolja.
Fizikai tulajdonságok
A légkör vastagsága körülbelül 120 km-re van a Föld felszínétől. A légkör teljes levegőtömege (5,1-5,3) 10 18 kg. Ebből a száraz levegő tömege (5,1352 ± 0,0003) 10 18 kg, a vízgőz össztömege átlagosan 1,27 10 16 kg.
A tiszta, száraz levegő moláris tömege 28,966 g/mol, a levegő sűrűsége a tengerfelszínen körülbelül 1,2 kg/m3. A nyomás 0 °C-on a tengerszinten 101,325 kPa; kritikus hőmérséklet - -140,7 °C; kritikus nyomás - 3,7 MPa; C p 0 °C-on – 1,0048·10 3 J/(kg·K), C v – 0,7159·10 3 J/(kg·K) (0 °C-on). A levegő oldhatósága vízben (tömeg szerint) 0 °C-on - 0,0036%, 25 °C-on - 0,0023%.
A Föld felszínén „normál állapotnak” számítanak: sűrűség 1,2 kg/m3, légnyomás 101,35 kPa, hőmérséklet plusz 20 °C és relatív páratartalom 50%. Ezek a feltételes mutatók tisztán mérnöki jelentőséggel bírnak.
A légkör réteges szerkezetű. A légkör rétegei a levegő hőmérsékletében, sűrűségében, a levegőben lévő vízgőz mennyiségében és egyéb tulajdonságaiban különböznek egymástól.
Troposzféra(ógörög τρόπος - „fordulás”, „változás” és σφαῖρα - „labda”) - a légkör alsó, leginkább tanulmányozott rétege, 8-10 km magas a sarki régiókban, 10-12 km a mérsékelt szélességi körökben, az Egyenlítőnél - 16-18 km.
A troposzférában való emelkedés során a hőmérséklet 100 méterenként átlagosan 0,65 K-vel csökken, és a felső részen eléri a 180-220 K-et. A troposzférának ezt a felső rétegét, amelyben a hőmérséklet magasságcsökkenése megáll, tropopauzának nevezzük. A légkör következő rétegét, amely a troposzféra felett helyezkedik el, sztratoszférának nevezzük.
A légköri levegő össztömegének több mint 80%-a a troposzférában koncentrálódik, a turbulencia és a konvekció erősen fejlett, a vízgőz túlnyomó része koncentrálódik, felhők keletkeznek, légköri frontok alakulnak ki, ciklonok és anticiklonok alakulnak ki, valamint egyéb folyamatok amelyek meghatározzák az időjárást és az éghajlatot. A troposzférában zajló folyamatokat elsősorban a konvekció okozza.
A troposzférának azt a részét, amelyen belül a földfelszínen gleccserek kialakulása lehetséges, chionoszférának nevezzük.
Tropopauza(a görög τροπος - fordulat, változás és παῦσις - leállítás, befejezés) - a légkör olyan rétege, amelyben a hőmérséklet csökkenése a magassággal megáll; átmeneti réteg a troposzférából a sztratoszférába. A földi légkörben a tropopauza 8-12 km (tengerszint feletti) magasságban található a sarki régiókban és 16-18 km-rel az Egyenlítő felett. A tropopauza magassága függ az évszaktól (nyáron a tropopauza magasabban helyezkedik el, mint télen) és a ciklonális aktivitástól (ciklonokban alacsonyabb, anticiklonokban magasabb)
A tropopauza vastagsága több száz métertől 2-3 kilométerig terjed. A szubtrópusokon a tropopauza törések figyelhetők meg az erős sugáráramok miatt. A tropopauza bizonyos területeken gyakran megsemmisül és újra kialakul.
Sztratoszféra(latin rétegből - padló, réteg) - a légkör egy rétege, amely 11-50 km magasságban található. A 11-25 km-es rétegben (a sztratoszféra alsó rétegében) a hőmérséklet enyhe változása és a 25-40 km-es réteg hőmérsékletének emelkedése –56,5-ről 0,8 °C-ra (a sztratoszféra felső rétege vagy az inverziós régió) jellemző. . Körülbelül 40 km-es magasságban elérve a 273 K (majdnem 0 °C) értéket, a hőmérséklet körülbelül 55 km-es magasságig állandó marad. Ezt az állandó hőmérsékletű régiót sztratopauzának nevezik, és ez a határ a sztratoszféra és a mezoszféra között. A sztratoszférában a levegő sűrűsége tízszer és százszor kisebb, mint a tengerszinten.
A sztratoszférában található az ózonréteg („ózonréteg”) (15-20-55-60 km magasságban), amely meghatározza az élet felső határát a bioszférában. Az ózon (O 3) fotokémiai reakciók eredményeként a legintenzívebben ~30 km-es magasságban keletkezik. Az O 3 össztömege kb normál nyomás 1,7-4,0 mm vastag réteg, de ez elég ahhoz, hogy elnyelje a Nap életromboló ultraibolya sugárzását. Az O 3 pusztulása akkor következik be, amikor kölcsönhatásba lép szabad gyökökkel, NO-val és halogéntartalmú vegyületekkel (beleértve a „freonokat”).
A sztratoszférában az ultraibolya sugárzás rövidhullámú részének nagy része (180-200 nm) megmarad, és a rövidhullámok energiája átalakul. E sugarak hatására megváltoznak mágneses mezők, a molekulák szétesnek, ionizáció következik be, és új gázok és egyéb kémiai vegyületek képződnek. Ezek a folyamatok északi fények, villámok és egyéb izzások formájában figyelhetők meg.
A sztratoszférában és a magasabb rétegekben a napsugárzás hatására a gázmolekulák atomokká disszociálnak (80 km felett CO 2 és H 2 disszociál, 150 km felett - O 2, 300 km felett - N 2). 200-500 km-es magasságban a gázok ionizációja is megtörténik az ionoszférában, 320 km-es magasságban a töltött részecskék (O + 2, O − 2, N + 2) koncentrációja ~ 1/300. semleges részecskék koncentrációja. A légkör felső rétegeiben szabad gyökök vannak - OH, HO 2 stb.
A sztratoszférában szinte nincs vízgőz.
A sztratoszférába történő repülések az 1930-as években kezdődtek. Széles körben ismert az első sztratoszférikus ballonon (FNRS-1), amelyet Auguste Picard és Paul Kipfer hajtott végre 1931. május 27-én 16,2 km-es magasságra. A modern harci és szuperszonikus kereskedelmi repülőgépek általában 20 km-es magasságig repülnek a sztratoszférában (bár a dinamikus plafon sokkal magasabb is lehet). A nagy magasságú időjárási léggömbök akár 40 km-re emelkednek; a pilóta nélküli léggömb rekordja 51,8 km.
Az utóbbi időben amerikai katonai körökben nagy figyelmet szentelnek a sztratoszféra 20 km feletti, gyakran „előűrnek” nevezett rétegeinek kialakulásának. « közeli tér» ). Feltételezik, hogy a pilóta nélküli léghajók és a napenergiával működő repülőgépek (például a NASA Pathfindere) képesek lesznek hosszú idő körülbelül 30 km-es magasságban kell lennie, és nagyon nagy területeken kell felügyeletet és kommunikációt biztosítani, miközben a légvédelmi rendszerekkel szemben kevéssé sebezhető; Az ilyen eszközök sokszor olcsóbbak lesznek, mint a műholdak.
Sztratopauza- a légkör egy rétege, amely két réteg, a sztratoszféra és a mezoszféra közötti határ. A sztratoszférában a hőmérséklet a magasság növekedésével növekszik, és a sztratopauza az a réteg, ahol a hőmérséklet eléri a maximumot. A sztratopauza hőmérséklete 0 °C körül van.
Ez a jelenség nemcsak a Földön figyelhető meg, hanem más, légkörrel rendelkező bolygókon is.
A Földön a sztratopauza 50-55 km tengerszint feletti magasságban található. A légköri nyomás körülbelül 1/1000-e a tengerszintnek.
Mezoszféra(a görög μεσο- - „középső” és σφαῖρα - „labda”, „gömb” szóból) - a légkör rétege 40-50-80-90 km magasságban. Jellemzője a hőmérséklet növekedése a magassággal; a maximális (körülbelül +50°C) hőmérséklet kb. 60 km magasságban található, ezután a hőmérséklet –70°-ra vagy –80°C-ra csökken. Ez a hőmérséklet-csökkenés a napsugárzás (sugárzás) ózon általi erőteljes elnyelésével függ össze. A kifejezést a Földrajzi és Geofizikai Unió 1951-ben fogadta el.
A mezoszféra gázösszetétele az alatta lévő légköri rétegekhez hasonlóan állandó, körülbelül 80% nitrogént és 20% oxigént tartalmaz.
A mezoszférát az alatta lévő sztratoszférától a sztratopausa, a fedő termoszférától a mezopauza választja el. A mezopauza alapvetően egybeesik a turbopauzával.
A meteorok világítani kezdenek, és általában teljesen kiégnek a mezoszférában.
A mezoszférában noktilucens felhők jelenhetnek meg.
A repülések számára a mezoszféra egyfajta „holt zóna” - a levegő túl ritka ahhoz, hogy repülőgépeket vagy léggömböket támogasson (50 km-es magasságban a levegő sűrűsége 1000-szer kisebb, mint a tengerszinten), ugyanakkor túl sűrű az ilyen alacsony pályán lévő mesterséges repülésekhez. A mezoszféra közvetlen vizsgálatát főként szuborbitális időjárási rakétákkal végzik; Általánosságban elmondható, hogy a mezoszférát kevésbé tanulmányozták jól, mint a légkör többi rétegét, ezért a tudósok „ignoroszférának” nevezték el.
Mezopauza
Mezopauza- a légkör egy rétege, amely elválasztja a mezoszférát és a termoszférát. A Földön 80-90 km tengerszint feletti magasságban található. A mezopauzában van egy hőmérsékleti minimum, ami körülbelül –100 °C. Lent (kb. 50 km-es magasságból kiindulva) a hőmérséklet a magassággal csökken, magasabbra (kb. 400 km magasságig) ismét emelkedik. A mezopauza egybeesik a Napból érkező röntgen- és rövidhullámú ultraibolya sugárzás aktív abszorpciós tartományának alsó határával. Ezen a magasságon éjszakai felhők figyelhetők meg.
A mezopauza nemcsak a Földön fordul elő, hanem más, légkörrel rendelkező bolygókon is.
Karman vonal- tengerszint feletti magasság, amelyet hagyományosan a Föld légköre és az űr közötti határként fogadnak el.
A Fédération Aéronautique Internationale (FAI) meghatározása szerint a Karman-vonal 100 km-es tengerszint feletti magasságban található.
A magasságot Theodore von Karman magyar származású amerikai tudósról nevezték el. Ő volt az első, aki megállapította, hogy megközelítőleg ezen a magasságon a légkör annyira megritkul, hogy a repülés lehetetlenné válik, mivel a megfelelő felhajtóerő létrehozásához szükséges repülőgép sebessége nagyobb lesz, mint az első kozmikus sebesség, ezért nagyobb magasság eléréséhez szükséges. az asztronautikát használni.
A Föld légköre a Karman-vonalon túl folytatódik. Külső rész a föld légköre, az exoszféra 10 ezer km vagy annál nagyobb magasságig terjed, ilyen magasságban a légkör főleg hidrogénatomokból áll, amelyek képesek elhagyni a légkört.
A Karman Line elérése volt az első feltétele az Ansari X-díj elnyerésének, hiszen ez az alapja annak, hogy a repülést űrrepülésként ismerjék el.
A Föld légköre
Légkör(tól től. ógörögἀτμός - gőz és σφαῖρα - labda) - gáz héj ( geoszféra), körülveszik a bolygót föld. Belső felülete fedi hidroszféraés részben ugat, a külső a világűr földközeli részével határos.
A fizika és a kémia légkört vizsgáló ágainak halmazát általában ún légkörfizika. A légkör határozza meg időjárás a Föld felszínén, az időjárást tanulmányozva meteorológiaés hosszú távú variációk éghajlat - klimatológia.
A légkör szerkezete
A légkör szerkezete
Troposzféra
Felső határa a sarkvidéken 8-10 km, a mérsékelt öviben 10-12 km, a trópusi szélességeken 16-18 km magasságban van; alacsonyabb télen, mint nyáron. A légkör alsó, fő rétege. A légköri levegő teljes tömegének több mint 80%-át és a légkörben jelenlévő összes vízgőz körülbelül 90%-át tartalmazza. A troposzférában nagyon fejlettek légörvényÉs konvekció, felmerülhet felhők, fejlődnek ciklonokÉs anticiklonok. A hőmérséklet az átlagos függőleges magasság növekedésével csökken gradiens 0,65°/100 m
A Föld felszínén „normál állapotnak” számítanak: sűrűség 1,2 kg/m3, légnyomás 101,35 kPa, hőmérséklet plusz 20 °C és relatív páratartalom 50 %. Ezek a feltételes mutatók tisztán mérnöki jelentőséggel bírnak.
Sztratoszféra
A légkör 11-50 km magasságban elhelyezkedő rétege. Jellemzője a hőmérséklet enyhe változása a 11-25 km-es rétegben (a sztratoszféra alsó rétegében) és a 25-40 km-es rétegben -56,5-ről 0,8 °-ra. VAL VEL(a sztratoszféra vagy régió felső rétege inverziók). A körülbelül 273 K (majdnem 0 °C) érték elérése után körülbelül 40 km-es magasságban a hőmérséklet körülbelül 55 km-es magasságig állandó marad. Ezt az állandó hőmérsékletű tartományt ún sztratopauzaés ez a határ a sztratoszféra és mezoszféra.
Sztratopauza
A légkör határrétege a sztratoszféra és a mezoszféra között. A függőleges hőmérséklet-eloszlásban van egy maximum (kb. 0 °C).
Mezoszféra
A Föld légköre
Mezoszféra 50 km-es magasságban kezdődik és 80-90 km-ig terjed. A hőmérséklet a magassággal csökken, átlagos függőleges gradiens (0,25-0,3)°/100 m. A fő energiafolyamat a sugárzó hőátadás. Összetett fotokémiai folyamatok, amelyek magukban foglalják szabad radikálisok, rezgéssel gerjesztett molekulák stb. okozzák a légkör izzását.
Mezopauza
Átmeneti réteg a mezoszféra és a termoszféra között. A függőleges hőmérséklet-eloszlásban van egy minimum (kb. -90 °C).
Karman vonal
A tengerszint feletti magasság, amelyet hagyományosan a Föld légköre és az űr közötti határként fogadnak el.
Termoszféra
fő cikk: Termoszféra
A felső határ körülbelül 800 km. A hőmérséklet 200-300 km magasságig emelkedik, ahol eléri az 1500 K nagyságrendű értéket, ami után szinte állandó marad a nagy magasságokig. Ultraibolya és röntgensugárzás hatására napsugárzásés a kozmikus sugárzás, levegő ionizáció lép fel (" auroras") - fő területek ionoszféra feküdjön a termoszférában. 300 km feletti magasságban az atomi oxigén dominál.
Légköri rétegek 120 km magasságig
Exoszféra (szóródó gömb)
Exoszféra- szórási zóna, külső rész 700 km felett található termoszféra. Az exoszférában lévő gáz nagyon ritka, és innen részecskéi a bolygóközi térbe szivárognak ( disszipáció).
100 km-es magasságig a légkör homogén, jól elegyített gázkeverék. A magasabb rétegekben a gázok magasság szerinti eloszlása molekulatömegüktől függ, a nehezebb gázok koncentrációja a Föld felszínétől való távolság növekedésével gyorsabban csökken. A gázsűrűség csökkenése miatt a hőmérséklet a sztratoszférában 0 °C-ról -110 °C-ra csökken a mezoszférában. Az egyes részecskék kinetikus energiája azonban 200-250 km magasságban ~1500 °C hőmérsékletnek felel meg. 200 km felett jelentős hőmérséklet- és gázsűrűség-ingadozások figyelhetők meg időben és térben.
Körülbelül 2000-3000 km magasságban az exoszféra fokozatosan ún. közeli űrvákuum, amely bolygóközi gáz rendkívül ritka részecskéivel, főleg hidrogénatomokkal van tele. De ez a gáz csak egy részét képviseli a bolygóközi anyagnak. A másik rész üstökös és meteor eredetű porszemcsékből áll. Ebbe a térbe a rendkívül ritka porszemcsék mellett nap- és galaktikus eredetű elektromágneses és korpuszkuláris sugárzás is behatol.
A troposzféra a légkör tömegének körülbelül 80% -át, a sztratoszféra körülbelül 20% -át teszi ki; a mezoszféra tömege nem több, mint 0,3%, a termoszféra kevesebb, mint 0,05% a légkör teljes tömegének. A légkör elektromos tulajdonságai alapján megkülönböztetjük a neutronoszférát és az ionoszférát. Jelenleg úgy gondolják, hogy a légkör 2000-3000 km magasságig terjed.
A légkörben lévő gáz összetételétől függően bocsátanak ki homoszféraÉs heteroszféra. Heteroszféra - Ez az a terület, ahol a gravitáció befolyásolja a gázok szétválását, mivel ilyen magasságban ezek keveredése elhanyagolható. Ez a heteroszféra változó összetételét jelenti. Alatta a légkör jól elegyített, homogén része, az ún homoszféra. E rétegek közötti határt ún turbó szünet, körülbelül 120 km magasságban fekszik.
Fizikai tulajdonságok
A légkör vastagsága körülbelül 2000-3000 km távolságra van a Föld felszínétől. Teljes tömeg levegő- (5,1-5,3)×10 18 kg. Moláris tömeg tiszta száraz levegő 28.966. Nyomás 0 °C-on a tengerszinten 101.325 kPa; kritikus hőmérséklet-140,7 °C; kritikus nyomás 3,7 MPa; C p 1,0048 × 10 3 J/(kg K) (0 °C-on), C v 0,7159 × 10 3 J/(kg K) (0 °C-on). A levegő oldhatósága vízben 0 °C-on 0,036%, 25 °C-on - 0,22%.
A légkör élettani és egyéb tulajdonságai
Már 5 km-es tengerszint feletti magasságban képzetlen ember fejlődik oxigén éhezésés alkalmazkodás nélkül az ember teljesítménye jelentősen csökken. A légkör élettani zónája itt véget ér. Az emberi légzés 15 km-es magasságban lehetetlenné válik, bár körülbelül 115 km-ig a légkör oxigént tartalmaz.
A légkör lát el bennünket a légzéshez szükséges oxigénnel. A légkör össznyomásának csökkenése miatt azonban a magasságra emelkedve az oxigén parciális nyomása ennek megfelelően csökken.
Az emberi tüdő folyamatosan körülbelül 3 liter alveoláris levegőt tartalmaz. Parciális nyomás Az alveoláris levegő oxigéntartalma normál légköri nyomáson 110 Hgmm. Art., szén-dioxid nyomás - 40 mm Hg. Art., és vízgőz - 47 Hgmm. Művészet. A magasság növekedésével az oxigénnyomás csökken, és a tüdőben lévő víz és szén-dioxid teljes gőznyomása szinte állandó - körülbelül 87 Hgmm. Művészet. A tüdő oxigénellátása teljesen leáll, ha a környezeti levegő nyomása ezzel az értékkel egyenlő lesz.
Körülbelül 19-20 km magasságban a légköri nyomás 47 Hgmm-re csökken. Művészet. Ezért ezen a magasságon a víz és az intersticiális folyadék forrni kezd az emberi testben. A túlnyomásos kabinon kívül ilyen magasságokban a halál szinte azonnal bekövetkezik. Így az emberi fiziológia szempontjából az „űr” már 15-19 km-es magasságban kezdődik.
A sűrű levegőrétegek – a troposzféra és a sztratoszféra – megvédenek bennünket a sugárzás káros hatásaitól. A levegő elegendő ritkítása esetén, 36 km-nél nagyobb magasságban, az ionizáló szerek intenzív hatást gyakorolnak a szervezetre. sugárzás- elsődleges kozmikus sugarak; 40 km-nél nagyobb magasságban a napspektrum ultraibolya része veszélyes az emberre.
Ahogy egyre magasabbra emelkedünk a Föld felszíne fölé, a légkör alsóbb rétegeiben olyan ismerős jelenségek figyelhetők meg, mint a hangterjedés, az aerodinamika kialakulása. emelés ellenállás, hőátadás konvekció satöbbi.
Ritkább légrétegekben, eloszlás hang lehetetlennek bizonyul. 60-90 km-es magasságig továbbra is lehetséges a légellenállás és az emelés alkalmazása az irányított aerodinamikus repüléshez. De 100-130 km-es magasságtól kezdve minden pilóta számára ismerős fogalmak számok MÉs hanggát elvesztik értelmüket, van egy feltételes Karman vonal amelyen túl kezdődik a tisztán ballisztikus repülés szférája, amelyet csak reaktív erők segítségével lehet irányítani.
100 km feletti magasságban a légkör megfoszt egy másik figyelemre méltó tulajdonságtól - a hőenergia elnyelésének, vezetésének és továbbításának képességétől konvekcióval (azaz levegő keverésével). Ez azt jelenti különféle elemek berendezések, orbitális berendezések űrállomás nem tud kint hűteni úgy, ahogy azt általában repülőgépen teszik - légsugarak és légradiátorok segítségével. Ilyen magasságban, mint általában az űrben, az egyetlen módja a hőátvitelnek hősugárzás.
Légköri összetétel
A száraz levegő összetétele
A Föld légköre főleg gázokból és különféle szennyeződésekből áll (por, vízcseppek, jégkristályok, tengeri sók, égéstermékek).
A légkört alkotó gázok koncentrációja a víz (H 2 O) és a szén-dioxid (CO 2) kivételével szinte állandó.
|
A száraz levegő összetétele |
||
|
Nitrogén | ||
|
Oxigén | ||
|
Argon | ||
|
Víz | ||
|
Szén-dioxid | ||
|
Neon | ||
|
Hélium | ||
|
Metán | ||
|
Kripton | ||
|
Hidrogén | ||
|
Xenon | ||
|
Dinitrogén-oxid | ||
A táblázatban feltüntetett gázokon kívül a légkör SO 2, NH 3, CO, ózon, szénhidrogének, HCl, HF, párok Hg, I 2 és szintén NEMés sok más gáz kis mennyiségben. A troposzféra folyamatosan nagyszámú lebegő szilárd és folyékony részecskét tartalmaz ( aeroszol).
A légkör kialakulásának története
A leggyakoribb elmélet szerint a Föld légkörének négy különböző összetétele volt az idők során. Kezdetben könnyű gázokból állt ( hidrogénÉs hélium), a bolygóközi térből rögzítették. Ez az ún elsődleges légkör(mintegy négymilliárd éve). A következő szakaszban az aktív vulkáni tevékenység a légkör telítődéséhez vezetett a hidrogéntől eltérő gázokkal (szén-dioxid, ammónia, vízpára). Így alakult ki másodlagos légkör(mintegy hárommilliárd évvel napjaink előtt). Ez a légkör helyreállító volt. Továbbá a légkörképződés folyamatát a következő tényezők határozták meg:
könnyű gázok (hidrogén és hélium) szivárgása be bolygóközi tér;
kémiai reakciók, amelyek a légkörben ultraibolya sugárzás, villámkisülés és néhány egyéb tényező hatására lejátszódnak.
Fokozatosan ezek a tényezők vezettek a kialakulásához harmadlagos légkör, amelyet jóval alacsonyabb hidrogén- és sokkal magasabb nitrogén- és szén-dioxid-tartalom jellemez (amely ammóniából és szénhidrogénekből kémiai reakciók eredményeként keletkezik).
Nitrogén
A nagy mennyiségű N 2 képződése az ammónia-hidrogén atmoszféra molekuláris O 2 általi oxidációjának köszönhető, amely fotoszintézis eredményeként kezdett el a bolygó felszínéről érkezni, 3 milliárd évvel ezelőtt. A nitrátok és más nitrogéntartalmú vegyületek denitrifikációja következtében N2 is a légkörbe kerül. A nitrogént az ózon NO-vá oxidálja a felső légkörben.
A nitrogén N 2 csak meghatározott körülmények között (például villámkisülés közben) reagál. A molekuláris nitrogén elektromos kisülések során ózon általi oxidációját a nitrogénműtrágyák ipari gyártása során használják. Alacsony energiafelhasználással képesek oxidálni és biológiailag aktív formává alakítani. cianobaktériumok (kék-zöld algák)és rhizobiális gócbaktériumok szimbiózis Val vel hüvelyesek növények, ún zöldtrágya.
Oxigén
A Földön való megjelenéssel a légkör összetétele gyökeresen megváltozott élő organizmusok, ennek eredményeként fotoszintézis oxigén felszabadulása és szén-dioxid felszívódása kíséri. Kezdetben az oxigént redukált vegyületek oxidációjára költötték - ammónia, szénhidrogének, nitrózus forma mirigy Az óceánok tartalmazzák stb. Ennek a szakasznak a végén a légkör oxigéntartalma növekedni kezdett. Fokozatosan modern, oxidáló tulajdonságokkal rendelkező légkör alakult ki. Mivel ez számos ben lezajló folyamatban komoly és hirtelen változásokat okozott légkör, litoszféraÉs bioszféra, ennek az eseménynek a neve Oxigén katasztrófa.
Alatt Fanerozoikum a légkör összetétele és oxigéntartalma megváltozott. Elsősorban a szerves üledék lerakódási sebességével korreláltak. Így a szénfelhalmozódás időszakában a légkör oxigéntartalma láthatóan jelentősen meghaladta a mai szintet.
Szén-dioxid
A légkör CO 2 tartalma a vulkáni tevékenységtől és a földhéjban zajló kémiai folyamatoktól, de leginkább a bioszintézis intenzitásától és a szerves anyagok bomlásának intenzitásától függ. bioszféra föld. A bolygó szinte teljes jelenlegi biomasszája (kb. 2,4 × 10 12 tonna ) a légköri levegőben lévő szén-dioxid, nitrogén és vízgőz hatására képződik. Eltemetve óceán, V mocsarakés be erdők szerves anyag átalakul szén, olajÉs földgáz. (cm. Geokémiai szénciklus)
nemesgázok
Inert gázok forrása - argon, héliumÉs kripton - vulkánkitörésekés a radioaktív elemek bomlása. A Föld általában, és különösen a légkör kimerült inert gázokban az űrhöz képest. Úgy gondolják, hogy ennek oka a gázok folyamatos szivárgása a bolygóközi térbe.
Légszennyeződés
A közelmúltban a légkör alakulását kezdték befolyásolni Emberi. Tevékenységének eredménye a légkör szén-dioxid-tartalmának állandó jelentős növekedése a korábbi geológiai korszakokban felhalmozódott szénhidrogén üzemanyagok elégetése következtében. Hatalmas mennyiségű CO 2 fogy el a fotoszintézis során, és a világ óceánjai elnyelik. Ez a gáz a karbonátos kőzetek és a növényi és állati eredetű szerves anyagok bomlása, valamint a vulkanizmus és az emberi ipari tevékenység következtében kerül a légkörbe. Az elmúlt 100 év során a légkör CO 2-tartalma 10%-kal nőtt, ennek nagy része (360 milliárd tonna) az üzemanyag elégetésével származik. Ha a tüzelőanyag elégetésének növekedési üteme folytatódik, akkor a következő 50-60 évben a légkörben lévő CO 2 mennyisége megkétszereződik, és globális klímaváltozás.
A tüzelőanyag elégetése a szennyező gázok fő forrása ( CO, NEM, ÍGY 2 ). A kén-dioxidot a légköri oxigén oxidálja ÍGY 3 a légkör felső rétegeiben, ami viszont kölcsönhatásba lép a vízzel és az ammóniagőzzel, és a keletkező kénsav (H 2 ÍGY 4 ) És ammónium-szulfát ((NH 4 ) 2 ÍGY 4 ) formájában térjenek vissza a Föld felszínére ún. savas eső. Használat belső égésű motorok jelentős légköri szennyezéshez vezet nitrogén-oxidokkal, szénhidrogénekkel és ólomvegyületekkel ( tetraetil-ólom Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).
A légkör aeroszolos szennyeződése mindkét természetes oknak köszönhető (vulkánkitörések, porviharok, cseppek beszivárgása) tengervízés növényi pollen stb.), valamint az emberi gazdasági tevékenységek (ércek és építőanyagok bányászata, tüzelőanyag elégetése, cementgyártás stb.). A részecskék intenzív, nagy léptékű légkörbe kerülése a bolygó éghajlatváltozásának egyik lehetséges oka.
Az atmoszféra (az ógörögül ἀτμός - gőz és σφαῖρα - labda) a Föld bolygót körülvevő gázhéj (geoszféra). Belső felülete a hidroszférát és részben a földkérget, míg külső felülete a világűr földközeli részét határolja.
A fizika és a kémia azon ágait, amelyek a légkört vizsgálják, légkörfizikának szokták nevezni. A légkör határozza meg az időjárást a Föld felszínén, a meteorológia az időjárást, a klimatológia pedig a hosszú távú éghajlatváltozásokkal foglalkozik.
A légkör vastagsága körülbelül 120 km-re van a Föld felszínétől. A légkör teljes levegőtömege (5,1-5,3) 1018 kg. Ebből a száraz levegő tömege (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, a vízgőz össztömege átlagosan 1,27 1016 kg.
A tiszta, száraz levegő moláris tömege 28,966 g/mol, a levegő sűrűsége a tengerfelszínen körülbelül 1,2 kg/m3. A nyomás 0 °C-on a tengerszinten 101,325 kPa; kritikus hőmérséklet - -140,7 °C (~132,4 K); kritikus nyomás - 3,7 MPa; Cp 0 °C-on – 1,0048·103 J/(kg·K), Cv – 0,7159·103 J/(kg·K) (0 °C-on). A levegő oldhatósága vízben (tömeg szerint) 0 °C-on - 0,0036%, 25 °C-on - 0,0023%.
A Föld felszínén „normál állapotnak” számítanak: sűrűség 1,2 kg/m3, légnyomás 101,35 kPa, hőmérséklet plusz 20 °C és relatív páratartalom 50%. Ezek a feltételes mutatók tisztán mérnöki jelentőséggel bírnak.
A Föld légköre a vulkánkitörések során felszabaduló gázok következtében keletkezett. Az óceánok és a bioszféra megjelenésével a vízzel, növényekkel, állatokkal és ezek bomlástermékeivel a talajban és a mocsarakban történő gázcsere következtében jött létre.
Jelenleg a Föld légköre főleg gázokból és különféle szennyeződésekből áll (por, vízcseppek, jégkristályok, tengeri sók, égéstermékek).
A légkört alkotó gázok koncentrációja a víz (H2O) és a szén-dioxid (CO2) kivételével szinte állandó.
A száraz levegő összetétele
| Nitrogén | ||
| Oxigén | ||
| Argon | ||
| Víz | ||
| Szén-dioxid | ||
| Neon | ||
| Hélium | ||
| Metán | ||
| Kripton | ||
| Hidrogén | ||
| Xenon | ||
| Dinitrogén-oxid |
A táblázatban feltüntetett gázokon kívül a légkör kis mennyiségben tartalmaz még SO2-t, NH3-t, CO-t, ózont, szénhidrogéneket, HCl-t, HF-et, Hggőzt, I2-t, valamint NO-t és sok más gázt. A troposzféra folyamatosan nagy mennyiségű lebegő szilárd és folyékony részecskét (aeroszolt) tartalmaz.
Felső határa a sarkvidéken 8-10 km, a mérsékelt öviben 10-12 km, a trópusi szélességeken 16-18 km magasságban van; alacsonyabb télen, mint nyáron. A légkör alsó, fő rétege a teljes légköri levegőtömeg több mint 80%-át és a légkörben jelenlévő teljes vízgőz körülbelül 90%-át tartalmazza. A turbulencia és a konvekció erősen fejlett a troposzférában, felhők keletkeznek, ciklonok és anticiklonok alakulnak ki. A hőmérséklet a magasság növekedésével csökken, átlagosan 0,65°/100 m függőleges gradienssel
Átmeneti réteg a troposzférából a sztratoszférába, a légkör olyan rétege, amelyben a hőmérséklet magasságcsökkenése megáll.
A légkör 11-50 km magasságban elhelyezkedő rétege. A 11-25 km-es rétegben (a sztratoszféra alsó rétegében) a hőmérséklet enyhe változása és a 25-40 km-es réteg hőmérsékletének emelkedése –56,5-ről 0,8 °C-ra (a sztratoszféra felső rétege vagy az inverziós régió) jellemző. . Körülbelül 40 km-es magasságban elérve a 273 K (majdnem 0 °C) értéket, a hőmérséklet körülbelül 55 km-es magasságig állandó marad. Ezt az állandó hőmérsékletű régiót sztratopauzának nevezik, és ez a határ a sztratoszféra és a mezoszféra között.
A légkör határrétege a sztratoszféra és a mezoszféra között. A függőleges hőmérséklet-eloszlásban van egy maximum (kb. 0 °C).
A mezoszféra 50 km-es magasságban kezdődik, és 80-90 km-ig terjed. A hőmérséklet a magassággal csökken, átlagos függőleges gradiens (0,25-0,3)°/100 m. A fő energiafolyamat a sugárzó hőátadás. Komplex fotokémiai folyamatok, amelyekben szabad gyökök, vibrációval gerjesztett molekulák stb. vesznek részt, légköri lumineszcenciát okoznak.
Átmeneti réteg a mezoszféra és a termoszféra között. A függőleges hőmérséklet-eloszlásban van egy minimum (kb. -90 °C).
A tengerszint feletti magasság, amelyet hagyományosan a Föld légköre és az űr közötti határként fogadnak el. A FAI meghatározása szerint a Karman-vonal 100 km-es tengerszint feletti magasságban található.
A felső határ körülbelül 800 km. A hőmérséklet 200-300 km magasságig emelkedik, ahol eléri az 1500 K nagyságrendű értéket, ami után szinte állandó marad a nagy magasságokig. Az ultraibolya és röntgen napsugárzás és a kozmikus sugárzás hatására a levegő ionizációja („aurorák”) következik be - az ionoszféra fő régiói a termoszférában találhatók. 300 km feletti magasságban az atomi oxigén dominál. A termoszféra felső határát nagyrészt a Nap aktuális aktivitása határozza meg. Alacsony aktivitású időszakokban - például 2008-2009-ben - ennek a rétegnek a mérete észrevehetően csökken.
A légkör termoszférával szomszédos tartománya. Ezen a területen a napsugárzás elnyelése elhanyagolható, és a hőmérséklet valójában nem változik a magassággal.
Az exoszféra egy diszperziós zóna, a termoszféra külső része, 700 km felett helyezkedik el. Az exoszférában lévő gáz nagyon megritkult, és innen részecskéi a bolygóközi térbe szivárognak (disszipáció).
100 km-es magasságig a légkör homogén, jól elegyített gázkeverék. A magasabb rétegekben a gázok magasság szerinti eloszlása molekulatömegüktől függ, a nehezebb gázok koncentrációja a Föld felszínétől való távolság növekedésével gyorsabban csökken. A gázsűrűség csökkenése miatt a hőmérséklet a sztratoszférában 0 °C-ról -110 °C-ra csökken a mezoszférában. Az egyes részecskék kinetikus energiája azonban 200-250 km magasságban ~150 °C hőmérsékletnek felel meg. 200 km felett jelentős hőmérséklet- és gázsűrűség-ingadozások figyelhetők meg időben és térben.
Körülbelül 2000-3500 km-es magasságban az exoszféra fokozatosan úgynevezett űrközeli vákuummá alakul, amelyet bolygóközi gáz rendkívül ritka részecskéi, főként hidrogénatom töltenek meg. De ez a gáz csak egy részét képviseli a bolygóközi anyagnak. A másik rész üstökös és meteor eredetű porszemcsékből áll. Ebbe a térbe a rendkívül ritka porszemcsék mellett nap- és galaktikus eredetű elektromágneses és korpuszkuláris sugárzás is behatol.
A troposzféra a légkör tömegének körülbelül 80% -át, a sztratoszféra körülbelül 20% -át teszi ki; a mezoszféra tömege nem több, mint 0,3%, a termoszféra kevesebb, mint 0,05% a légkör teljes tömegének. A légkör elektromos tulajdonságai alapján megkülönböztetjük a neutronoszférát és az ionoszférát. Jelenleg úgy gondolják, hogy a légkör 2000-3000 km magasságig terjed.
A légkörben lévő gáz összetételétől függően homoszférát és heteroszférát különböztetnek meg. A heteroszféra egy olyan terület, ahol a gravitáció befolyásolja a gázok elválasztását, mivel ilyen magasságban elhanyagolható a keveredésük. Ez a heteroszféra változó összetételét jelenti. Alatta a légkör egy jól kevert, homogén része, az úgynevezett homoszféra fekszik. E rétegek közötti határt turbópauzának nevezik, körülbelül 120 km-es magasságban fekszik.
Már 5 km-es tengerszint feletti magasságban egy képzetlen személy oxigénéhezést kezd tapasztalni, és alkalmazkodás nélkül az ember teljesítménye jelentősen csökken. A légkör élettani zónája itt véget ér. Az emberi légzés 9 km-es magasságban lehetetlenné válik, bár körülbelül 115 km-ig a légkör oxigént tartalmaz.
A légkör lát el bennünket a légzéshez szükséges oxigénnel. A légkör össznyomásának csökkenése miatt azonban a magasságra emelkedve az oxigén parciális nyomása ennek megfelelően csökken.
Az emberi tüdő folyamatosan körülbelül 3 liter alveoláris levegőt tartalmaz. Az oxigén parciális nyomása az alveoláris levegőben normál légköri nyomáson 110 Hgmm. Art., szén-dioxid nyomás - 40 mm Hg. Art., és vízgőz - 47 Hgmm. Művészet. A magasság növekedésével az oxigénnyomás csökken, és a tüdőben lévő víz és szén-dioxid teljes gőznyomása szinte állandó - körülbelül 87 Hgmm. Művészet. A tüdő oxigénellátása teljesen leáll, ha a környezeti levegő nyomása ezzel az értékkel egyenlő lesz.
Körülbelül 19-20 km magasságban a légköri nyomás 47 Hgmm-re csökken. Művészet. Ezért ezen a magasságon a víz és az intersticiális folyadék forrni kezd az emberi testben. A túlnyomásos kabinon kívül ilyen magasságokban a halál szinte azonnal bekövetkezik. Így az emberi fiziológia szempontjából az „űr” már 15-19 km-es magasságban kezdődik.
A sűrű levegőrétegek – a troposzféra és a sztratoszféra – megvédenek bennünket a sugárzás káros hatásaitól. A levegő elegendő ritkítása esetén 36 km-nél nagyobb magasságban az ionizáló sugárzás - az elsődleges kozmikus sugarak - intenzív hatással van a testre; 40 km-nél nagyobb magasságban a napspektrum ultraibolya része veszélyes az emberre.
Ahogy egyre magasabbra emelkedünk a Föld felszíne fölé, fokozatosan gyengülnek, majd teljesen eltűnnek a légkör alsóbb rétegeiben megfigyelhető olyan ismerős jelenségek, mint a hangterjedés, az aerodinamikai felhajtó és légellenállás előfordulása, a konvekciós hőátadás stb.
A ritka levegőrétegekben a hang terjedése lehetetlen. 60-90 km-es magasságig továbbra is lehetséges a légellenállás és az emelés alkalmazása az irányított aerodinamikus repüléshez. De a 100-130 km-es magasságból kiindulva a minden pilóta számára ismert M szám és hangsorompó fogalma elveszti értelmét: ott van a hagyományos Karman-vonal, amelyen túl a tisztán ballisztikus repülés vidéke kezdődik, amely csak reaktív erők segítségével vezérelhető.
100 km feletti magasságban a légkör megfoszt egy másik figyelemre méltó tulajdonságtól - a hőenergia elnyelésének, vezetésének és továbbításának képességétől konvekcióval (azaz levegő keverésével). Ez azt jelenti, hogy az orbitális űrállomáson a berendezés különböző elemeit nem lehet majd úgy kívülről hűteni, mint ahogy azt egy repülőgépen szokták - légsugarak és légradiátorok segítségével. Ezen a magasságon, mint általában az űrben, a hőátadás egyetlen módja a hősugárzás.
A legelterjedtebb elmélet szerint a Föld légkörének három különböző összetétele volt az idők során. Kezdetben könnyű gázokból (hidrogén és hélium) állt, amelyeket a bolygóközi térből fogtak be. Ez az úgynevezett elsődleges légkör (mintegy négymilliárd évvel ezelőtt). A következő szakaszban az aktív vulkáni tevékenység a légkör hidrogéntől eltérő gázokkal (szén-dioxid, ammónia, vízgőz) való telítéséhez vezetett. Így alakult ki a másodlagos légkör (körülbelül hárommilliárd évvel napjaink előtt). Ez a légkör helyreállító volt. Továbbá a légkörképződés folyamatát a következő tényezők határozták meg:
Fokozatosan ezek a tényezők egy tercier atmoszféra kialakulásához vezettek, amelyet sokkal kevesebb hidrogén és sokkal több nitrogén és szén-dioxid jellemez (amely az ammónia és a szénhidrogének kémiai reakcióinak eredményeként képződik).
A nagy mennyiségű nitrogén N2 képződése az ammónia-hidrogén atmoszféra molekuláris oxigén O2 általi oxidációjának köszönhető, amely a bolygó felszínéről a fotoszintézis eredményeként kezdett kijönni, 3 milliárd évvel ezelőtt. A nitrogén N2 a nitrátok és más nitrogéntartalmú vegyületek denitrifikációja következtében is a légkörbe kerül. A nitrogént az ózon NO-vá oxidálja a felső légkörben.
A nitrogén N2 csak meghatározott körülmények között (például villámkisülés közben) reagál. Az elektromos kisülések során a molekuláris nitrogén ózon általi oxidációját kis mennyiségben használják fel a nitrogénműtrágyák ipari gyártása során. A cianobaktériumok (kékzöld algák) és a hüvelyes növényekkel rizobiális szimbiózist kialakító csomóbaktériumok, az ún. alacsony energiafelhasználással képesek oxidálni és biológiailag aktív formává alakítani. zöldtrágya.
A légkör összetétele gyökeresen megváltozni kezdett az élő szervezetek Földön való megjelenésével, a fotoszintézis eredményeként, amelyet oxigén felszabadulás és szén-dioxid felszívódás kísér. Kezdetben az oxigént redukált vegyületek oxidálására fordították - ammónia, szénhidrogének, az óceánokban található vas vas formái stb. Ennek a szakasznak a végén a légkör oxigéntartalma növekedni kezdett. Fokozatosan modern, oxidáló tulajdonságokkal rendelkező légkör alakult ki. Mivel ez a légkörben, a litoszférában és a bioszférában lezajló számos folyamatban komoly és hirtelen változásokat okozott, ezt az eseményt oxigénkatasztrófának nevezték.
A fanerozoikum idején a légkör összetétele és oxigéntartalma megváltozott. Elsősorban a szerves üledék lerakódási sebességével korreláltak. Így a szénfelhalmozódás időszakában a légkör oxigéntartalma láthatóan jelentősen meghaladta a mai szintet.
A légkör CO2-tartalma a vulkáni tevékenységtől és a földhéjban zajló kémiai folyamatoktól függ, de leginkább a bioszintézis intenzitásától és a szerves anyagok bomlásának intenzitásától a Föld bioszférájában. A bolygó szinte teljes jelenlegi biomasszája (körülbelül 2,4 1012 tonna) a légköri levegőben lévő szén-dioxid, nitrogén és vízgőz hatására keletkezik. Az óceánba, mocsarakba és erdőkbe eltemetett szerves anyagok szénné, olajzá és földgázzá alakulnak.
A nemesgázok - argon, hélium és kripton - forrása a vulkánkitörések és a radioaktív elemek bomlása. A Föld általában, és különösen a légkör kimerült inert gázokban az űrhöz képest. Úgy gondolják, hogy ennek oka a gázok folyamatos szivárgása a bolygóközi térbe.
Az utóbbi időben az emberek elkezdték befolyásolni a légkör fejlődését. Tevékenységének eredménye a légkör szén-dioxid-tartalmának folyamatos növekedése a korábbi geológiai korszakokban felhalmozódott szénhidrogén tüzelőanyagok elégetése következtében. A fotoszintézis során hatalmas mennyiségű CO2 fogyasztódik el, és a világ óceánjai elnyelik. Ez a gáz a karbonátos kőzetek és a növényi és állati eredetű szerves anyagok bomlása, valamint a vulkanizmus és az emberi ipari tevékenység következtében kerül a légkörbe. Az elmúlt 100 év során a légkör CO2-tartalma 10%-kal nőtt, ennek zöme (360 milliárd tonna) az üzemanyag elégetésével származik. Ha a tüzelőanyag-égetés növekedési üteme folytatódik, akkor a következő 200-300 évben a légkörben lévő CO2 mennyisége megkétszereződik, és globális klímaváltozáshoz vezethet.
A tüzelőanyag elégetése a szennyező gázok (CO, NO, SO2) fő forrása. A kén-dioxidot a légköri oxigén SO3-dá, a nitrogén-oxidot NO2-vé oxidálja a légkör felső rétegeiben, amelyek viszont kölcsönhatásba lépnek a vízgőzzel, és a keletkező kénsav H2SO4 és salétromsav HNO3 a Föld felszínére hullik. formája az ún. savas eső. A belső égésű motorok használata jelentős légköri szennyezéshez vezet nitrogén-oxidokkal, szénhidrogénekkel és ólomvegyületekkel (tetraetil-ólom) Pb(CH3CH2)4.
A légkör aeroszolos szennyezését természetes okok (vulkánkitörések, porviharok, tengervízcseppek és növényi virágporok beszivárgása stb.) és emberi gazdasági tevékenységek (ércek és építőanyagok bányászata, tüzelőanyag elégetése, cementgyártás stb.) egyaránt okozzák. ). A szilárd részecskék intenzív nagymértékű kibocsátása a légkörbe az egyik lehetséges okok a bolygó éghajlatának változásai.
(156 alkalommal látogatott meg, ma 1 látogatás)
– léghéj földgolyó, a Földdel együtt forog. A légkör felső határát hagyományosan 150-200 km magasságban húzzák meg. Az alsó határ a Föld felszíne.
A légköri levegő gázok keveréke. A levegő felszíni rétegében található térfogatának nagy részét a nitrogén (78%) és az oxigén (21%) teszi ki. Ezenkívül a levegő inert gázokat tartalmaz (argon, hélium, neon stb.), szén-dioxid(0,03), vízgőz és különféle szilárd részecskék (por, korom, sókristályok).
A levegő színtelen, az égbolt színét a fényhullámok szóródásának jellemzői magyarázzák.
A légkör több rétegből áll: troposzférából, sztratoszférából, mezoszférából és termoszférából.
Alsó talajréteg levegőt hívják troposzféra. Különböző szélességi fokokon a teljesítménye nem azonos. A troposzféra követi a bolygó alakját, és a Földdel együtt részt vesz a tengelyirányú forgásban. Az Egyenlítőnél a légkör vastagsága 10-20 km között változik. Az Egyenlítőn nagyobb, a sarkokon kisebb. A troposzférát a levegő maximális sűrűsége jellemzi, a teljes légkör tömegének 4/5-e koncentrálódik benne. A troposzféra határozza meg időjárás: itt különféle légtömegek, felhők és csapadék képződik, intenzív vízszintes és függőleges légmozgás lép fel.
A troposzféra felett, 50 km-es magasságig található sztratoszféra. Alacsonyabb levegősűrűség és vízgőz hiánya jellemzi. A sztratoszféra alsó részén körülbelül 25 km magasságban. van egy „ózon képernyő” - a légkör egy rétege fokozott koncentrációózon, amely elnyeli az ultraibolya sugárzást, ami végzetes a szervezetekre.
50-80-90 km magasságban kiterjed mezoszféra. A magasság növekedésével (0,25-0,3)°/100 m átlagos függőleges gradiens mellett csökken a hőmérséklet, csökken a levegő sűrűsége. A fő energiafolyamat a sugárzó hőátadás. A légköri izzást összetett fotokémiai folyamatok okozzák, amelyekben gyökök és rezgéssel gerjesztett molekulák vesznek részt.
Termoszféra 80-90-800 km magasságban található. A levegő sűrűsége itt minimális, és a levegő ionizációs foka nagyon magas. A hőmérséklet a Nap aktivitásától függően változik. Következtében nagy mennyiség töltött részecskék, sarki fények és mágneses viharok figyelhetők meg itt.
A légkör nagy jelentőséggel bír a Föld természete szempontjából. Oxigén nélkül az élő szervezetek nem tudnak lélegezni. Ózonrétege megvéd minden élőlényt a káros ultraibolya sugaraktól. A légkör kiegyenlíti a hőmérséklet-ingadozásokat: a Föld felszíne éjszaka nem hűl túl, nappal sem melegszik túl. A légköri levegő sűrű rétegeiben, mielőtt elérnék a bolygó felszínét, a meteoritok tövisből égnek.
A légkör kölcsönhatásba lép a Föld minden rétegével. Segítségével hő- és nedvességcsere történik az óceán és a szárazföld között. A légkör nélkül nem lennének felhők, csapadék vagy szél.
Jelentős káros hatással van a légkörre gazdasági aktivitás személy. Légszennyezés lép fel, ami a szén-monoxid (CO 2) koncentrációjának növekedéséhez vezet. És ez hozzájárul globális felmelegedéséghajlat és javítja " Üvegházhatás». Ózon réteg A föld elpusztul az ipari hulladék és a szállítás miatt.
A légkör védelmet igényel. BAN BEN fejlett országok Egy sor intézkedést hajtanak végre a légköri levegő szennyeződéstől való védelme érdekében.
Van még kérdése? Szeretne többet tudni a légkörről?
Ha segítséget szeretne kérni egy oktatótól, regisztráljon.
weboldalon, az anyag teljes vagy részleges másolásakor a forrásra mutató hivatkozás szükséges.
