Il ruolo dell'atmosfera nella vita della Terra
L'atmosfera è la fonte di ossigeno che le persone respirano. Tuttavia, quando si sale in quota, la pressione atmosferica totale diminuisce, determinando una diminuzione della pressione parziale dell'ossigeno.
I polmoni umani contengono circa tre litri di aria alveolare. Se la pressione atmosferica è normale, la pressione parziale dell'ossigeno nell'aria alveolare sarà di 11 mm Hg. Art., pressione dell'anidride carbonica - 40 mm Hg. Art. e vapore acqueo - 47 mm Hg. Arte. Con un aumento dell'altitudine, la pressione dell'ossigeno diminuisce e la pressione del vapore acqueo e dell'anidride carbonica nei polmoni in totale rimarrà costante - circa 87 mm Hg. Arte. Quando la pressione dell'aria è uguale a questo valore, l'ossigeno smette di fluire nei polmoni.
A causa della diminuzione della pressione atmosferica a un'altitudine di 20 km, l'acqua e il fluido corporeo interstiziale bolleranno qui dentro corpo umano. Se non usi una cabina pressurizzata, a tale altezza una persona morirà quasi istantaneamente. Pertanto, dal punto di vista caratteristiche fisiologiche corpo umano, "spazio" ha origine da un'altezza di 20 km sul livello del mare.
Il ruolo dell'atmosfera nella vita della Terra è molto grande. Quindi, ad esempio, grazie ai densi strati d'aria - la troposfera e la stratosfera, le persone sono protette dall'esposizione alle radiazioni. Nello spazio, nell'aria rarefatta, ad un'altitudine di oltre 36 km, agiscono le radiazioni ionizzanti. Ad un'altitudine di oltre 40 km - ultravioletto.
Quando si sale sopra la superficie terrestre ad un'altezza di oltre 90-100 km, ci sarà un graduale indebolimento e quindi la completa scomparsa di fenomeni familiari all'uomo, osservati nello strato atmosferico inferiore:
Il suono non si propaga.
Non c'è forza aerodinamica e resistenza.
Il calore non viene trasferito per convezione, ecc.
Lo strato atmosferico protegge la Terra e tutti gli organismi viventi dalle radiazioni cosmiche, dai meteoriti, è responsabile della regolazione delle fluttuazioni termiche stagionali, del bilanciamento e dell'equalizzazione di quelle giornaliere. In assenza di atmosfera sulla Terra temperatura giornaliera oscillerebbe all'interno di +/-200С˚. Lo strato atmosferico è un "cuscinetto" vivificante tra la superficie terrestre e lo spazio esterno, un vettore di umidità e calore; nell'atmosfera avvengono processi di fotosintesi e scambio di energia, i più importanti processi biosferici.
Strati dell'atmosfera in ordine dalla superficie terrestre
L'atmosfera è una struttura a strati, che sono i seguenti strati dell'atmosfera in ordine dalla superficie della Terra:
Troposfera.
Stratosfera.
Mesosfera.
Termosfera.
Esosfera
Ogni strato non ha confini netti tra di loro e la loro altezza è influenzata dalla latitudine e dalle stagioni. Questa struttura a strati si è formata a seguito di variazioni di temperatura a diverse altezze. È grazie all'atmosfera che vediamo le stelle scintillanti.
La struttura dell'atmosfera terrestre per strati:
Di cosa è fatta l'atmosfera terrestre?
Ogni strato atmosferico differisce per temperatura, densità e composizione. Lo spessore totale dell'atmosfera è di 1,5-2,0 mila km. Di cosa è fatta l'atmosfera terrestre? Attualmente è una miscela di gas con varie impurità.
Troposfera
La struttura dell'atmosfera terrestre inizia con la troposfera, che è la parte inferiore dell'atmosfera alta circa 10-15 km. Ecco la parte principale aria atmosferica. Caratteristica troposfera: un calo della temperatura di 0,6 ˚C mentre ti alzi ogni 100 metri. La troposfera ha concentrato in sé quasi tutto il vapore acqueo atmosferico e qui si formano anche nuvole.
L'altezza della troposfera cambia ogni giorno. Inoltre, il suo valore medio varia a seconda della latitudine e della stagione dell'anno. L'altezza media della troposfera sopra i poli è di 9 km, sopra l'equatore - circa 17 km. La temperatura media annuale dell'aria sopra l'equatore è vicina a +26 ˚C e sopra il Polo Nord -23 ˚C. La linea superiore del confine della troposfera sopra l'equatore è temperatura media annuale circa -70 ˚C, e sopra il polo nord in estate -45 ˚C e in inverno -65 ˚C. Pertanto, maggiore è l'altitudine, minore è la temperatura. I raggi del sole passano liberamente attraverso la troposfera, riscaldando la superficie della Terra. Il calore irradiato dal sole viene trattenuto dall'anidride carbonica, dal metano e dal vapore acqueo.
Stratosfera
Sopra lo strato della troposfera si trova la stratosfera, alta 50-55 km. La particolarità di questo strato è l'aumento della temperatura con l'altezza. Tra la troposfera e la stratosfera si trova uno strato di transizione chiamato tropopausa.
Circa da un'altezza di 25 chilometri, la temperatura dello strato stratosferico inizia ad aumentare e, al raggiungimento altezza massima 50 km assume valori da +10 a +30 ˚C.
C'è pochissimo vapore acqueo nella stratosfera. A volte ad un'altitudine di circa 25 km si possono trovare nuvole piuttosto sottili, che vengono chiamate "madreperla". A giorno non si notano, ma di notte si illuminano a causa dell'illuminazione del sole, che è al di sotto dell'orizzonte. La composizione delle nuvole di madreperla è costituita da goccioline d'acqua superraffreddate. La stratosfera è composta principalmente da ozono.
Mesosfera
L'altezza dello strato della mesosfera è di circa 80 km. Qui, salendo verso l'alto, la temperatura diminuisce e al limite più alto raggiunge valori di diverse decine di C˚ sotto zero. Nella mesosfera si possono osservare anche nubi, presumibilmente formate da cristalli di ghiaccio. Queste nuvole sono chiamate "argentate". La mesosfera è caratterizzata dalla temperatura più fredda dell'atmosfera: da -2 a -138 ˚C.
Termosfera
Questo strato atmosferico ha preso il nome a causa delle alte temperature. La termosfera è composta da:
Ionosfera.
esosfere.
La ionosfera è caratterizzata da aria rarefatta, ogni centimetro della quale a un'altitudine di 300 km è costituito da 1 miliardo di atomi e molecole e ad un'altitudine di 600 km - più di 100 milioni.
La ionosfera è anche caratterizzata da un'elevata ionizzazione dell'aria. Questi ioni sono composti da atomi di ossigeno carichi, molecole cariche di atomi di azoto ed elettroni liberi.
Esosfera
Da un'altezza di 800-1000 km inizia lo strato esosferico. Le particelle di gas, soprattutto quelle leggere, si muovono qui a grande velocità, superando la forza di gravità. Tali particelle, a causa della loro movimento veloce, volare fuori dall'atmosfera nello spazio esterno e dissiparsi. Pertanto, l'esosfera è chiamata la sfera della dispersione. Sono prevalentemente atomi di idrogeno che volano nello spazio, che costituiscono gli strati più alti dell'esosfera. Grazie alle particelle nell'alta atmosfera e alle particelle del vento solare, possiamo osservare l'aurora boreale.
Satelliti e razzi geofisici hanno permesso di stabilire la presenza nell'atmosfera superiore della cintura di radiazione del pianeta, che consiste in particelle caricate elettricamente: elettroni e protoni.
L'atmosfera terrestre è l'involucro gassoso del pianeta. Il limite inferiore dell'atmosfera passa vicino alla superficie terrestre (l'idrosfera e la crosta terrestre) e il limite superiore è l'area di contatto spazio(122 km). L'atmosfera contiene molti elementi diversi. I principali sono: 78% azoto, 20% ossigeno, 1% argon, anidride carbonica, neon gallio, idrogeno, ecc. Fatti interessanti può essere visualizzato alla fine dell'articolo o cliccando su.
L'atmosfera ha distinti strati d'aria. Gli strati d'aria differiscono per temperatura, differenza di gas e densità e. Va notato che gli strati della stratosfera e della troposfera proteggono la Terra radiazione solare. Negli strati superiori, un organismo vivente può ricevere dose letale spettro solare ultravioletto. Per passare rapidamente al livello desiderato dell'atmosfera, fare clic sul livello corrispondente:
Il limite superiore è mantenuto a circa 8 - 10 km circa. Alle latitudini temperate 16 - 18 km e nelle polari 10 - 12 km. TroposferaÈ lo strato principale inferiore dell'atmosfera. Questo strato contiene più dell'80% della massa totale di aria atmosferica e quasi il 90% del vapore acqueo totale. È nella troposfera che sorgono convezione e turbolenza, si formano e si verificano i cicloni. Temperatura diminuisce con l'altezza. Pendenza: 0,65°/100 m La terra e l'acqua riscaldate riscaldano l'aria circostante. L'aria riscaldata sale, si raffredda e forma le nuvole. La temperatura ai margini superiori dello strato può raggiungere i -50/70 °C.
È in questo strato che si verificano i cambiamenti delle condizioni meteorologiche climatiche. Viene chiamato il limite inferiore della troposfera superficie poiché ha molti microrganismi volatili e polvere. La velocità del vento aumenta con l'altezza in questo strato.
Questo è lo strato di transizione della troposfera alla stratosfera. Qui cessa la dipendenza della diminuzione della temperatura con l'aumento dell'altitudine. tropopausa - altezza minima, dove il gradiente termico verticale scende a 0,2°C/100 m L'altezza della tropopausa dipende da forti eventi climatici come i cicloni. L'altezza della tropopausa diminuisce al di sopra dei cicloni e aumenta al di sopra degli anticicloni.
L'altezza dello strato di stratosfera è di circa 11-50 km. C'è un leggero cambiamento di temperatura ad un'altitudine di 11-25 km. Ad un'altitudine di 25-40 km, inversione temperatura, da 56,5 sale a 0,8°C. Da 40 km a 55 km la temperatura rimane intorno a 0°C. Questa zona è chiamata - stratopausa.
Nella stratosfera si osserva l'effetto della radiazione solare sulle molecole di gas, che si dissociano in atomi. Non c'è quasi vapore acqueo in questo strato. I moderni aerei commerciali supersonici volano ad altitudini fino a 20 km grazie alle condizioni di volo stabili. I palloni meteorologici ad alta quota raggiungono un'altezza di 40 km. Ci sono correnti d'aria costanti qui, la loro velocità raggiunge i 300 km/h. Anche in questo strato è concentrato ozono, uno strato che assorbe i raggi ultravioletti.
Lo strato della mesosfera inizia a circa 50 km e termina a circa 80-90 km. Le temperature diminuiscono con l'altitudine di circa 0,25-0,3°C/100 m Lo scambio di calore radiante è il principale effetto energetico qui. Processi fotochimici complessi che coinvolgono i radicali liberi (ha 1 o 2 elettroni spaiati) da allora implementano incandescenza atmosfera.
Quasi tutte le meteore bruciano nella mesosfera. Gli scienziati hanno chiamato questa zona Ignorosfera. Questa zona è difficile da esplorare, poiché l'aviazione aerodinamica qui è molto scarsa a causa della densità dell'aria, che è 1000 volte inferiore a quella sulla Terra. E per correre satelliti artificiali la densità è ancora molto alta. La ricerca viene effettuata con l'aiuto di razzi meteorologici, ma questa è una perversione. Mesopausa strato di transizione tra mesosfera e termosfera. Ha una temperatura minima di -90°C.
Linea tascabile chiamato il confine tra l'atmosfera terrestre e lo spazio esterno. Secondo la International Aviation Federation (FAI), l'altezza di questo confine è di 100 km. Questa definizione è stata data in onore dello scienziato americano Theodor von Karman. Ha determinato che a questa altezza la densità dell'atmosfera è così bassa che l'aviazione aerodinamica diventa impossibile qui, poiché la velocità dell'aereo deve essere maggiore primo velocità spaziale . A una tale altezza, il concetto di barriera del suono perde il suo significato. Qui per gestire aereo possibile solo a causa delle forze reattive.
Il limite superiore di questo strato è di circa 800 km. La temperatura sale fino a circa 300 km, dove si raggiungono circa 1500 K. Sopra, la temperatura rimane invariata. In questo strato c'è Luci polari- si verifica per effetto della radiazione solare sull'aria. Questo processo è anche chiamato ionizzazione dell'ossigeno atmosferico.
A causa della bassa rarefazione dell'aria, i voli sopra la linea Karman sono possibili solo lungo traiettorie balistiche. Tutti i voli orbitali con equipaggio (tranne i voli verso la Luna) si svolgono in questo strato dell'atmosfera.
L'altezza dell'esosfera è superiore a 700 km. Qui il gas è molto rarefatto e il processo ha luogo dissipazione— dispersione di particelle nello spazio interplanetario. La velocità di tali particelle può raggiungere 11,2 km/sec. La crescita dell'attività solare porta all'espansione dello spessore di questo strato.
Atmosfera(dal greco atmos - vapore e spharia - palla) - il guscio d'aria della Terra, che ruota con esso. Lo sviluppo dell'atmosfera era strettamente connesso ai processi geologici e geochimici in atto sul nostro pianeta, nonché alle attività degli organismi viventi.
Il limite inferiore dell'atmosfera coincide con la superficie terrestre, poiché l'aria penetra nei pori più piccoli del suolo e si dissolve anche nell'acqua.
Il limite superiore a un'altitudine di 2000-3000 km passa gradualmente nello spazio.
L'atmosfera ricca di ossigeno rende possibile la vita sulla Terra. L'ossigeno atmosferico viene utilizzato nel processo di respirazione da esseri umani, animali e piante.
Se non ci fosse atmosfera, la Terra sarebbe silenziosa come la luna. Dopotutto, il suono è la vibrazione delle particelle d'aria. Il colore blu del cielo si spiega con il fatto che i raggi del sole, passando attraverso l'atmosfera, come attraverso una lente, si scompongono nei colori che li compongono. In questo caso, i raggi dei colori blu e blu sono soprattutto sparsi.
L'atmosfera trattiene la maggior parte della radiazione ultravioletta del Sole, che ha un effetto dannoso sugli organismi viventi. Mantiene anche il calore sulla superficie della Terra, impedendo al nostro pianeta di raffreddarsi.
Nell'atmosfera si possono distinguere diversi strati, diversi per densità e densità (Fig. 1).
Troposfera- lo strato più basso dell'atmosfera, il cui spessore sopra i poli è di 8-10 km, a latitudini temperate - 10-12 km e sopra l'equatore - 16-18 km.
Riso. 1. La struttura dell'atmosfera terrestre
L'aria nella troposfera è riscaldata da superficie terrestre, cioè dalla terra e dall'acqua. Pertanto, la temperatura dell'aria in questo strato diminuisce con l'altezza di una media di 0,6 ° C ogni 100 m Al limite superiore della troposfera, raggiunge -55 ° C. Allo stesso tempo, nella regione dell'equatore al limite superiore della troposfera, la temperatura dell'aria è di -70 ° C e nella regione Polo Nord-65°C.
Circa l'80% della massa dell'atmosfera è concentrato nella troposfera, si trova quasi tutto il vapore acqueo, si verificano temporali, tempeste, nuvole e precipitazioni e si verifica un movimento dell'aria verticale (convezione) e orizzontale (vento).
Possiamo dire che il tempo si forma principalmente nella troposfera.
Stratosfera- lo strato dell'atmosfera situato al di sopra della troposfera ad un'altitudine compresa tra 8 e 50 km. Il colore del cielo in questo strato appare viola, il che è spiegato dalla rarefazione dell'aria, a causa della quale i raggi del sole quasi non si disperdono.
La stratosfera contiene il 20% della massa dell'atmosfera. L'aria in questo strato è rarefatta, praticamente non c'è vapore acqueo e quindi non si formano quasi nuvole e precipitazioni. Tuttavia, nella stratosfera si osservano correnti d'aria stabili, la cui velocità raggiunge i 300 km / h.
Questo strato è concentrato ozono(schermo di ozono, ozonosfera), uno strato che assorbe i raggi ultravioletti, impedendo loro di passare alla Terra e proteggendo così gli organismi viventi sul nostro pianeta. A causa dell'ozono, la temperatura dell'aria al limite superiore della stratosfera è compresa tra -50 e 4-55 °C.
Tra la mesosfera e la stratosfera c'è una zona di transizione: la stratopausa.
Mesosfera- uno strato dell'atmosfera situato ad un'altitudine di 50-80 km. La densità dell'aria qui è 200 volte inferiore rispetto alla superficie terrestre. Il colore del cielo nella mesosfera appare nero, le stelle sono visibili durante il giorno. La temperatura dell'aria scende a -75 (-90)°С.
A quota 80 km inizia termosfera. La temperatura dell'aria in questo strato sale bruscamente fino a un'altezza di 250 m, per poi diventare costante: a un'altezza di 150 km raggiunge i 220-240 °C; a quota 500-600 km si superano i 1500 °C.
Nella mesosfera e nella termosfera, sotto l'azione dei raggi cosmici, le molecole di gas si rompono in particelle di atomi cariche (ionizzate), quindi questa parte dell'atmosfera è chiamata ionosfera- uno strato di aria molto rarefatta, situato ad un'altitudine compresa tra 50 e 1000 km, costituito principalmente da atomi di ossigeno ionizzato, molecole di ossido nitrico ed elettroni liberi. Questo strato è caratterizzato da un'elevata elettrificazione e da esso vengono riflesse onde radio lunghe e medie, come da uno specchio.
Nella ionosfera sorgono aurore - il bagliore di gas rarefatti sotto l'influenza di particelle caricate elettricamente che volano dal Sole - e si osservano forti fluttuazioni nel campo magnetico.
Esosfera- lo strato esterno dell'atmosfera, situato al di sopra dei 1000 km. Questo strato è anche chiamato sfera di diffusione, poiché le particelle di gas si muovono qui ad alta velocità e possono essere disperse nello spazio.
L'atmosfera è una miscela di gas, costituita da azoto (78,08%), ossigeno (20,95%), diossido di carbonio(0,03%), argon (0,93%), non un largo numero elio, neon, xeno, krypton (0,01%), ozono e altri gas, ma il loro contenuto è trascurabile (Tabella 1). La moderna composizione dell'aria terrestre è stata stabilita più di cento milioni di anni fa, ma l'attività di produzione umana in forte aumento ha comunque portato al suo cambiamento. Attualmente si registra un aumento del contenuto di CO 2 di circa il 10-12%.
I gas che compongono l'atmosfera svolgono vari ruoli funzionali. Tuttavia, il significato principale di questi gas è determinato principalmente dal fatto che assorbono molto fortemente l'energia radiante e quindi hanno un effetto significativo sulla regime di temperatura La superficie terrestre e l'atmosfera.
Tabella 1. Composizione chimica aria atmosferica secca vicino alla superficie terrestre
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Concentrazione volumetrica. % |
Peso molecolare, unità |
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Ossigeno |
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Diossido di carbonio |
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Ossido nitroso |
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Da 0 a 0,00001 |
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Diossido di zolfo |
da 0 a 0.000007 in estate; Da 0 a 0,000002 in inverno |
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Da 0 a 0,000002 |
46,0055/17,03061 |
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Biossido di azog |
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Monossido di carbonio |
Azoto, il gas più comune nell'atmosfera, chimicamente poco attivo.
Ossigeno, a differenza dell'azoto, è un elemento chimicamente molto attivo. La funzione specifica dell'ossigeno è l'ossidazione della materia organica degli organismi eterotrofi, rocce e gas sottoossidati emessi nell'atmosfera dai vulcani. Senza ossigeno, non ci sarebbe la decomposizione della materia organica morta.
Il ruolo dell'anidride carbonica nell'atmosfera è eccezionalmente grande. Entra nell'atmosfera a seguito dei processi di combustione, respirazione degli organismi viventi, decadimento ed è, prima di tutto, il principale materiale da costruzione per la creazione di materia organica durante la fotosintesi. Inoltre, è di grande importanza la proprietà dell'anidride carbonica di trasmettere la radiazione solare a onde corte e di assorbire parte della radiazione termica a onde lunghe, che creerà il cosiddetto effetto serra, di cui parleremo di seguito.
L'influenza sui processi atmosferici, in particolare sul regime termico della stratosfera, è esercitata anche da ozono. Questo gas funge da assorbitore naturale della radiazione ultravioletta solare e l'assorbimento della radiazione solare porta al riscaldamento dell'aria. I valori medi mensili del contenuto totale di ozono nell'atmosfera variano a seconda della latitudine dell'area e della stagione entro 0,23-0,52 cm (questo è lo spessore dello strato di ozono alla pressione e alla temperatura del suolo). C'è un aumento del contenuto di ozono dall'equatore ai poli e corso annuale con un minimo in autunno e un massimo in primavera.
Una proprietà caratteristica dell'atmosfera può essere definita il fatto che il contenuto dei principali gas (azoto, ossigeno, argon) cambia leggermente con l'altezza: a un'altitudine di 65 km nell'atmosfera, il contenuto di azoto è dell'86%, ossigeno - 19 , argon - 0,91, a un'altitudine di 95 km - azoto 77, ossigeno - 21,3, argon - 0,82%. La costanza della composizione dell'aria atmosferica verticalmente e orizzontalmente è mantenuta dalla sua miscelazione.
Oltre ai gas, l'aria contiene vapore acqueo e particelle solide. Quest'ultimo può avere origine sia naturale che artificiale (antropogenica). Questi sono polline di fiori, minuscoli cristalli di sale, polvere stradale, impurità di aerosol. Quando i raggi del sole penetrano dalla finestra, possono essere visti ad occhio nudo.
Ci sono soprattutto molti particolati nell'aria delle città e dei grandi centri industriali, dove si aggiungono agli aerosol le emissioni di gas nocivi e le loro impurità formate durante la combustione del carburante.
La concentrazione di aerosol nell'atmosfera determina la trasparenza dell'aria, che influisce sulla radiazione solare che raggiunge la superficie terrestre. Gli aerosol più grandi sono nuclei di condensazione (dal lat. condensazione- compattazione, ispessimento) - contribuiscono alla trasformazione del vapore acqueo in goccioline d'acqua.
Il valore del vapore acqueo è determinato principalmente dal fatto che ritarda l'irraggiamento termico a onde lunghe della superficie terrestre; rappresenta l'anello principale di grandi e piccoli cicli di umidità; aumenta la temperatura dell'aria quando i letti ad acqua condensano.
La quantità di vapore acqueo nell'atmosfera varia nel tempo e nello spazio. Pertanto, la concentrazione di vapore acqueo vicino alla superficie terrestre varia dal 3% ai tropici al 2-10 (15)% in Antartide.
Il contenuto medio di vapore acqueo nella colonna verticale dell'atmosfera alle latitudini temperate è di circa 1,6-1,7 cm (lo strato di vapore acqueo condensato avrà un tale spessore). Le informazioni sul vapore acqueo in diversi strati dell'atmosfera sono contraddittorie. Si presumeva, ad esempio, che nell'intervallo di altitudine da 20 a 30 km, l'umidità specifica aumentasse fortemente con l'altezza. Tuttavia, misurazioni successive indicano una maggiore siccità della stratosfera. Apparentemente, l'umidità specifica nella stratosfera dipende poco dall'altezza e ammonta a 2-4 mg/kg.
La variabilità del contenuto di vapore acqueo nella troposfera è determinata dall'interazione di evaporazione, condensazione e trasporto orizzontale. Come risultato della condensazione del vapore acqueo, le nuvole si formano e cadono. precipitazione sotto forma di pioggia, grandine e neve.
I processi di transizione di fase dell'acqua procedono principalmente nella troposfera, motivo per cui le nubi nella stratosfera (ad altitudini di 20-30 km) e nella mesosfera (vicino alla mesopausa), chiamate madreperla e argento, si osservano relativamente raramente , mentre le nuvole troposferiche coprono spesso circa il 50% dell'intera superficie terrestre.
La quantità di vapore acqueo che può essere contenuta nell'aria dipende dalla temperatura dell'aria.
1 m 3 di aria a una temperatura di -20 ° C non può contenere più di 1 g di acqua; a 0 °C - non più di 5 g; a +10 °С - non più di 9 g; a +30 °С - non più di 30 g di acqua.
Conclusione: Più alta è la temperatura dell'aria, più vapore acqueo può contenere.
L'aria può essere ricco e non saturo vapore. Quindi, se a una temperatura di +30 ° C 1 m 3 di aria contiene 15 g di vapore acqueo, l'aria non è satura di vapore acqueo; se 30 g - saturo.
Umidità assoluta- questa è la quantità di vapore acqueo contenuta in 1 m 3 di aria. È espresso in grammi. Ad esempio, se dicono " umidità assoluta pari a 15", questo significa che 1 m L contiene 15 g di vapore acqueo.
Umidità relativa- questo è il rapporto (in percentuale) tra il contenuto effettivo di vapore acqueo in 1 m 3 di aria e la quantità di vapore acqueo che può essere contenuto in 1 m L a una data temperatura. Ad esempio, se lo dicesse la radio durante la trasmissione del bollettino meteorologico umidità relativa pari al 70%, il che significa che l'aria contiene il 70% del vapore acqueo che può trattenere ad una determinata temperatura.
Maggiore è l'umidità relativa dell'aria, t. più l'aria è vicina alla saturazione, più è probabile che cada.
Si osserva un'umidità relativa sempre elevata (fino al 90%). zona equatoriale, perché vi rimane tutto l'anno calore aria e c'è una grande evaporazione dalla superficie degli oceani. La stessa elevata umidità relativa è nelle regioni polari, ma solo perché a basse temperature anche una piccola quantità di vapore acqueo rende l'aria satura o prossima alla saturazione. Alle latitudini temperate, l'umidità relativa varia stagionalmente: è più alta in inverno e più bassa in estate.
L'umidità relativa dell'aria è particolarmente bassa nei deserti: 1 m 1 di aria contiene da due a tre volte meno della quantità di vapore acqueo possibile a una data temperatura.
Per misurare l'umidità relativa si utilizza un igrometro (dal greco hygros - bagnato e metroco - io misuro).
Una volta raffreddata, l'aria satura non può trattenere di per sé la stessa quantità di vapore acqueo, si addensa (condensa), trasformandosi in goccioline di nebbia. La nebbia può essere osservata in estate in una notte limpida e fresca.
Nuvole- questa è la stessa nebbia, solo che non si forma sulla superficie terrestre, ma a una certa altezza. Quando l'aria sale, si raffredda e il vapore acqueo in essa contenuto si condensa. Le minuscole goccioline d'acqua risultanti formano le nuvole.
coinvolti nella formazione delle nuvole particolato sospeso nella troposfera.
Potrebbero esserci delle nuvole forma diversa, che dipende dalle condizioni della loro formazione (Tabella 14).
Le nuvole più basse e pesanti sono strati. Si trovano ad un'altitudine di 2 km dalla superficie terrestre. Ad un'altitudine compresa tra 2 e 8 km si possono osservare nubi cumuliformi più pittoresche. Il più alto e il più leggero Nubi di Spindrift. Si trovano ad un'altitudine compresa tra 8 e 18 km sopra la superficie terrestre.
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famiglie |
Tipi di nuvole |
Aspetto esteriore |
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A. Nubi superiori - sopra i 6 km |
I. Pinnato |
Filiforme, fibrosa, bianca |
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II. cirrocumulo |
Strati e creste di piccole scaglie e riccioli, bianchi |
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III. Cirrostrato |
Velo biancastro trasparente |
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B. Nubi dello strato intermedio - oltre 2 km |
IV. Altocumulo |
Strati e creste di bianco e grigio |
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V. Altostrato |
Velo liscio di colore grigio latte |
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B. Nubi più basse - fino a 2 km |
VI. Nimbostrato |
Strato grigio informe solido |
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VII. Stratocumulo |
Strati opachi e creste di grigio |
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VIII. stratificato |
Velo grigio illuminato |
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D. Nubi di sviluppo verticale - dal livello inferiore a quello superiore |
IX. Cumulo |
Mazze e cupole bianco brillante, con bordi strappati dal vento |
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X. Cumulonembo |
Potenti masse a forma di cumulo di colore piombo scuro |
Le fonti principali sono le imprese industriali e le automobili. Nelle grandi città il problema della contaminazione da gas delle principali direttrici di trasporto è molto acuto. Ecco perché in molti principali città in tutto il mondo, anche nel nostro Paese, ha introdotto il controllo ambientale della tossicità dei gas di scarico delle auto. Secondo gli esperti, il fumo e la polvere nell'aria possono dimezzare il flusso di energia solare sulla superficie terrestre, il che comporterà un cambiamento delle condizioni naturali.
Il suo limite superiore è ad un'altitudine di 8-10 km a latitudini polari, 10-12 km a quelle temperate e 16-18 km a latitudini tropicali; inferiore in inverno che in estate. Lo strato più basso e principale dell'atmosfera. Contiene più dell'80% della massa totale dell'aria atmosferica e circa il 90% di tutto il vapore acqueo presente nell'atmosfera. Turbolenza e convezione sono fortemente sviluppate nella troposfera, compaiono nuvole, si sviluppano cicloni e anticicloni. La temperatura diminuisce con l'altitudine con una pendenza media verticale di 0,65°/100 m
Per le "condizioni normali" alla superficie terrestre si prendono: densità 1,2 kg/m3, pressione barometrica 101,35 kPa, temperatura più 20 °C e umidità relativa 50%. Questi indicatori condizionali hanno un valore puramente ingegneristico.
Lo strato dell'atmosfera situato ad un'altitudine compresa tra 11 e 50 km. Sono tipici un leggero cambiamento di temperatura nello strato di 11-25 km (strato inferiore della stratosfera) e il suo aumento nello strato di 25-40 km da -56,5 a 0,8 ° (stratosfera superiore o regione di inversione). Raggiunto un valore di circa 273 K (quasi 0°C) ad una quota di circa 40 km, la temperatura rimane costante fino ad una quota di circa 55 km. Questa regione a temperatura costante è chiamata stratopausa ed è il confine tra la stratosfera e la mesosfera.
strato limite atmosfera tra la stratosfera e la mesosfera. C'è un massimo nella distribuzione verticale della temperatura (circa 0 °C).
Strato di transizione tra mesosfera e termosfera. C'è un minimo nella distribuzione verticale della temperatura (circa -90°C).
Altitudine sul livello del mare, che è convenzionalmente accettata come confine tra l'atmosfera terrestre e lo spazio.
Il limite superiore è di circa 800 km. La temperatura sale a quote di 200-300 km, dove raggiunge valori dell'ordine di 1500 K, dopodiché si mantiene pressoché costante fino alle quote elevate. Sotto l'influenza della radiazione solare ultravioletta e dei raggi X e della radiazione cosmica, l'aria viene ionizzata ("luci polari"): le principali regioni della ionosfera si trovano all'interno della termosfera. Ad altitudini superiori a 300 km, predomina l'ossigeno atomico.
Fino a un'altezza di 100 km, l'atmosfera è una miscela omogenea e ben miscelata di gas. Negli strati più alti, la distribuzione dei gas in altezza dipende dalle loro masse molecolari, la concentrazione dei gas più pesanti diminuisce più velocemente con la distanza dalla superficie terrestre. A causa della diminuzione della densità del gas, la temperatura scende da 0 °C nella stratosfera a -110 °C nella mesosfera. Tuttavia, l'energia cinetica delle singole particelle ad altitudini di 200–250 km corrisponde a una temperatura di ~1500°C. Oltre i 200 km si osservano significative fluttuazioni di temperatura e densità del gas nel tempo e nello spazio.
Ad un'altitudine di circa 2000-3000 km, l'esosfera passa gradualmente nella cosiddetta vicino al vuoto spaziale, che è riempito con particelle altamente rarefatte di gas interplanetario, principalmente atomi di idrogeno. Ma questo gas è solo una parte della materia interplanetaria. L'altra parte è composta da particelle simili a polvere di origine cometaria e meteorica. Oltre a particelle simili a polvere estremamente rarefatte, in questo spazio penetrano radiazioni elettromagnetiche e corpuscolari di origine solare e galattica.
La troposfera rappresenta circa l'80% della massa dell'atmosfera, la stratosfera rappresenta circa il 20%; la massa della mesosfera non è superiore allo 0,3%, la termosfera è inferiore allo 0,05% della massa totale dell'atmosfera. Sulla base delle proprietà elettriche nell'atmosfera, si distinguono la neutrosfera e la ionosfera. Attualmente si ritiene che l'atmosfera si estenda fino a un'altitudine di 2000-3000 km.
A seconda della composizione del gas nell'atmosfera, emettono omosfera e eterosfera. eterosfera- questa è un'area in cui la gravità influisce sulla separazione dei gas, poiché la loro miscelazione a tale altezza è trascurabile. Da qui segue la composizione variabile dell'eterosfera. Al di sotto di esso si trova una parte dell'atmosfera ben mescolata e omogenea, chiamata omosfera. Il confine tra questi strati è chiamato turbopausa, si trova ad un'altitudine di circa 120 km.
Lo spessore dell'atmosfera è di circa 2000 - 3000 km dalla superficie terrestre. La massa totale dell'aria - (5,1-5,3)?10 18 kg. La massa molare dell'aria secca pulita è 28.966. Pressione a 0 °C al livello del mare 101.325 kPa; temperatura critica ?140,7 °C; pressione critica 3,7 MPa; C p 1.0048?10? J / (kg K) (a 0 °C), C v 0,7159 10? J/(kg K) (a 0 °C). Solubilità dell'aria in acqua a 0°С - 0,036%, a 25°С - 0,22%.
Già a un'altitudine di 5 km sul livello del mare, una persona non addestrata sviluppa carenza di ossigeno e, senza adattamento, le prestazioni di una persona sono significativamente ridotte. Qui finisce la zona fisiologica dell'atmosfera. La respirazione umana diventa impossibile a un'altitudine di 15 km, sebbene fino a circa 115 km l'atmosfera contenga ossigeno.
L'atmosfera ci fornisce l'ossigeno di cui abbiamo bisogno per respirare. Tuttavia, a causa del calo della pressione totale dell'atmosfera man mano che si sale in quota, anche la pressione parziale dell'ossigeno diminuisce di conseguenza.
I polmoni umani contengono costantemente circa 3 litri di aria alveolare. La pressione parziale dell'ossigeno nell'aria alveolare a pressione atmosferica normale è di 110 mm Hg. Art., pressione dell'anidride carbonica - 40 mm Hg. Art. e vapore acqueo - 47 mm Hg. Arte. Con l'aumentare dell'altitudine, la pressione dell'ossigeno diminuisce e la pressione totale del vapore acqueo e dell'anidride carbonica nei polmoni rimane quasi costante - circa 87 mm Hg. Arte. Il flusso di ossigeno nei polmoni si interromperà completamente quando la pressione dell'aria circostante diventa uguale a questo valore.
Ad un'altitudine di circa 19-20 km, la pressione atmosferica scende a 47 mm Hg. Arte. Pertanto, a questa altezza, l'acqua e il liquido interstiziale iniziano a bollire nel corpo umano. Fuori dalla cabina pressurizzata a queste altitudini, la morte avviene quasi istantaneamente. Pertanto, dal punto di vista della fisiologia umana, lo "spazio" inizia già a un'altitudine di 15-19 km.
Densi strati d'aria - la troposfera e la stratosfera - ci proteggono dagli effetti dannosi delle radiazioni. Con una sufficiente rarefazione dell'aria, ad altitudini superiori a 36 km, le radiazioni ionizzanti, i raggi cosmici primari, hanno un effetto intenso sul corpo; ad altitudini superiori a 40 km, opera la parte ultravioletta dello spettro solare, pericolosa per l'uomo.
Man mano che saliamo a un'altezza sempre maggiore sopra la superficie terrestre, gradualmente indeboliamo, e poi scompaiono completamente, tali fenomeni che ci sono familiari, osservati negli strati inferiori dell'atmosfera, come la propagazione del suono, il verificarsi di portanza aerodinamica e resistenza, trasferimento di calore per convezione, ecc.
In strati d'aria rarefatti, la propagazione del suono è impossibile. Fino ad altitudini di 60-90 km, è ancora possibile utilizzare la resistenza dell'aria e la portanza per il volo aerodinamico controllato. Ma partendo da altitudini di 100-130 km, i concetti del numero M e della barriera del suono familiari ad ogni pilota perdono il loro significato, lì passa la Linea Karman condizionata, oltre la quale inizia la sfera del volo puramente balistico, che può essere solo controllata utilizzando forze reattive.
Ad altitudini superiori a 100 km, l'atmosfera è privata anche di un'altra proprietà notevole: la capacità di assorbire, condurre e trasferire energia termica per convezione (cioè per mezzo della miscelazione dell'aria). Significa che vari elementi apparecchiature, apparecchiature orbitali stazione Spaziale non saranno in grado di essere raffreddati dall'esterno nel modo in cui normalmente si fa in aereo, con l'aiuto di getti d'aria e radiatori d'aria. A tale altezza, come nello spazio in generale, l'unico modo per trasferire il calore è la radiazione termica.
L'atmosfera terrestre è costituita principalmente da gas e varie impurità (polvere, gocce d'acqua, cristalli di ghiaccio, sali marini, prodotti della combustione).
La concentrazione dei gas che compongono l'atmosfera è pressoché costante, ad eccezione dell'acqua (H 2 O) e dell'anidride carbonica (CO 2).
| Gas | Contenuto in volume, % |
Contenuto a peso, % |
|---|---|---|
| Azoto | 78,084 | 75,50 |
| Ossigeno | 20,946 | 23,10 |
| Argon | 0,932 | 1,286 |
| Acqua | 0,5-4 | - |
| Diossido di carbonio | 0,032 | 0,046 |
| Neon | 1.818 × 10 -3 | 1,3 × 10 -3 |
| Elio | 4,6 × 10 -4 | 7,2×10 -5 |
| Metano | 1,7 × 10 -4 | - |
| Krypton | 1,14 × 10 -4 | 2,9×10 -4 |
| Idrogeno | 5×10 -5 | 7,6×10 -5 |
| Xeno | 8,7×10 -6 | - |
| Ossido nitroso | 5×10 -5 | 7,7×10 -5 |
Oltre ai gas indicati nella tabella, l'atmosfera contiene SO 2, NH 3, CO, ozono, idrocarburi, HCl, vapori, I 2, oltre a molti altri gas in piccole quantità. Nella troposfera è costantemente presente una grande quantità di particelle solide e liquide in sospensione (aerosol).
Secondo la teoria più comune, l'atmosfera terrestre è stata nel tempo in quattro diverse composizioni. Inizialmente, era costituito da gas leggeri (idrogeno ed elio) catturati dallo spazio interplanetario. Questo cosiddetto atmosfera primaria(circa quattro miliardi di anni fa). Nella fase successiva, l'attività vulcanica attiva ha portato alla saturazione dell'atmosfera con gas diversi dall'idrogeno (anidride carbonica, ammoniaca, vapore acqueo). Questo è come atmosfera secondaria(circa tre miliardi di anni prima dei nostri giorni). Questa atmosfera era rigenerante. Inoltre, il processo di formazione dell'atmosfera è stato determinato dai seguenti fattori:
A poco a poco, questi fattori hanno portato alla formazione atmosfera terziaria, caratterizzato da un contenuto molto più basso di idrogeno e da un contenuto molto più alto di azoto e anidride carbonica (formatosi a seguito di reazioni chimiche da ammoniaca e idrocarburi).
La formazione di una grande quantità di N 2 è dovuta all'ossidazione dell'atmosfera ammoniaca-idrogeno da parte dell'O 2 molecolare, che iniziò a provenire dalla superficie del pianeta a seguito della fotosintesi, a partire da 3 miliardi di anni fa. N 2 viene rilasciato nell'atmosfera anche come risultato della denitrificazione dei nitrati e di altri composti contenenti azoto. L'azoto viene ossidato dall'ozono a NO nell'alta atmosfera.
L'azoto N 2 entra in reazioni solo in condizioni specifiche (ad esempio durante una scarica di fulmini). L'ossidazione dell'azoto molecolare da parte dell'ozono durante le scariche elettriche viene utilizzata nella produzione industriale di fertilizzanti azotati. Può essere ossidato con un basso consumo energetico e convertito in una forma biologicamente attiva dai cianobatteri (alghe blu-verdi) e dai batteri noduli che formano la simbiosi rizobiale con i legumi, i cosiddetti. sovescio.
La composizione dell'atmosfera iniziò a cambiare radicalmente con l'avvento degli organismi viventi sulla Terra, a seguito della fotosintesi, accompagnata dal rilascio di ossigeno e dall'assorbimento di anidride carbonica. Inizialmente, l'ossigeno veniva speso per l'ossidazione dei composti ridotti: ammoniaca, idrocarburi, la forma ferrosa del ferro contenuta negli oceani, ecc. Alla fine di questa fase, il contenuto di ossigeno nell'atmosfera iniziò a crescere. A poco a poco, si formò un'atmosfera moderna con proprietà ossidanti. Poiché ciò ha causato cambiamenti seri e bruschi in molti processi che si verificano nell'atmosfera, nella litosfera e nella biosfera, questo evento è stato chiamato la catastrofe dell'ossigeno.
Il contenuto di CO 2 nell'atmosfera dipende dall'attività vulcanica e dai processi chimici nei gusci della terra, ma soprattutto dall'intensità della biosintesi e decomposizione della materia organica nella biosfera terrestre. Quasi l'intera attuale biomassa del pianeta (circa 2,4 × 10 12 tonnellate) si forma a causa dell'anidride carbonica, dell'azoto e del vapore acqueo contenuti nell'aria atmosferica. Sepolta negli oceani, nelle paludi e nelle foreste, la materia organica si trasforma in carbone, petrolio e gas naturale. (vedi Ciclo del carbonio geochimico)
Recentemente, l'uomo ha cominciato a influenzare l'evoluzione dell'atmosfera. Il risultato delle sue attività fu un costante aumento significativo del contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera dovuto alla combustione di combustibili idrocarburici accumulati in precedenti epoche geologiche. Enormi quantità di CO 2 vengono consumate durante la fotosintesi e assorbite dagli oceani del mondo. Questo gas entra nell'atmosfera attraverso la decomposizione delle rocce carbonatiche e materia organica di origine vegetale e animale, nonché a causa del vulcanismo e delle attività produttive umane. Negli ultimi 100 anni, il contenuto di CO 2 nell'atmosfera è aumentato del 10%, con la maggior parte (360 miliardi di tonnellate) proveniente dalla combustione di combustibili. Se il tasso di crescita della combustione del carburante continua, nei prossimi 50-60 anni la quantità di CO 2 nell'atmosfera raddoppierà e potrebbe portare al cambiamento climatico globale.
La combustione del carburante è la principale fonte di gas inquinanti (СО,, SO 2). L'anidride solforosa viene ossidata dall'ossigeno atmosferico a SO 3 nell'atmosfera superiore, che a sua volta interagisce con il vapore acqueo e l'ammoniaca, e l'acido solforico risultante (H 2 SO 4) e il solfato di ammonio ((NH 4) 2 SO 4) ritornano a la superficie della Terra sotto forma di un cosiddetto. pioggia acida. L'uso di motori a combustione interna comporta un notevole inquinamento atmosferico con ossidi di azoto, idrocarburi e composti di piombo (piombo tetraetile Pb (CH 3 CH 2) 4)).
L'inquinamento atmosferico da aerosol è dovuto ad entrambe le cause naturali (eruzioni vulcaniche, tempeste di polvere, acqua di mare e polline di piante, ecc.), e attività economica umano (estrazione di minerali e materiali da costruzione, combustione di combustibili, produzione di cemento, ecc.). La rimozione intensiva su larga scala del particolato nell'atmosfera è uno dei cause possibili cambiamento climatico planetario.
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L'atmosfera terrestre |
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✪ Terra navicella spaziale(Episodio 14) - Atmosfera
✪ Perché l'atmosfera non è stata trascinata nel vuoto dello spazio?
✪ Ingresso nell'atmosfera terrestre della navicella spaziale "Soyuz TMA-8"
✪ Struttura dell'atmosfera, significato, studio
✪ O. S. Ugolnikov "Atmosfera superiore. Incontro della Terra e dello spazio"
L'atmosfera è considerata quell'area intorno alla Terra in cui il mezzo gassoso ruota insieme alla Terra nel suo insieme. L'atmosfera passa gradualmente nello spazio interplanetario, nell'esosfera, a partire da un'altitudine di 500-1000 km dalla superficie terrestre.
Secondo la definizione proposta dall'International Aviation Federation, il confine tra l'atmosfera e lo spazio è tracciato lungo la linea Karmana, situata a un'altitudine di circa 100 km, al di sopra della quale i voli aerei diventano del tutto impossibili. La NASA utilizza il segno dei 122 chilometri (400.000 piedi) come confine dell'atmosfera, dove le navette passano dalle manovre di propulsione alle manovre aerodinamiche.
Oltre ai gas indicati nella tabella, l'atmosfera contiene Cl 2, SO 2, NH 3, CO, O 3, NO 2, idrocarburi, HCl,, HBr, vapori, I 2, Br 2, oltre a molti altri gas in quantità minori. Nella troposfera è costantemente presente una grande quantità di particelle solide e liquide in sospensione (aerosol). Il radon (Rn) è il gas più raro nell'atmosfera terrestre.
Lo strato inferiore della troposfera (spessore 1-2 km), in cui lo stato e le proprietà della superficie terrestre influenzano direttamente la dinamica dell'atmosfera.
Il suo limite superiore è ad un'altitudine di 8-10 km a latitudini polari, 10-12 km a quelle temperate e 16-18 km a latitudini tropicali; inferiore in inverno che in estate.
Lo strato più basso e principale dell'atmosfera contiene più dell'80% della massa totale di aria atmosferica e circa il 90% di tutto il vapore acqueo presente nell'atmosfera. Turbolenza e convezione sono fortemente sviluppate nella troposfera, compaiono nuvole, si sviluppano cicloni e anticicloni. La temperatura diminuisce con l'altitudine con una pendenza verticale media di 0,65°/100 metri.
Lo strato di transizione dalla troposfera alla stratosfera, lo strato dell'atmosfera in cui si interrompe la diminuzione della temperatura con l'altezza.
Lo strato dell'atmosfera situato ad un'altitudine compresa tra 11 e 50 km. Sono tipici un leggero cambiamento di temperatura nello strato di 11-25 km (strato inferiore della stratosfera) e il suo aumento nello strato di 25-40 km da -56,5 a +0,8 ° (stratosfera superiore o regione di inversione). Raggiunto un valore di circa 273 K (quasi 0 °C) ad una quota di circa 40 km, la temperatura rimane costante fino ad una quota di circa 55 km. Questa regione a temperatura costante è chiamata stratopausa ed è il confine tra la stratosfera e la mesosfera.
Lo strato limite dell'atmosfera tra la stratosfera e la mesosfera. C'è un massimo nella distribuzione verticale della temperatura (circa 0 °C).
Il limite superiore è di circa 800 km. La temperatura sale a quote di 200-300 km, dove raggiunge valori dell'ordine di 1500 K, dopodiché si mantiene pressoché costante fino alle quote elevate. Sotto l'azione della radiazione solare e della radiazione cosmica, l'aria viene ionizzata ("luci polari"): le principali regioni della ionosfera si trovano all'interno della termosfera. Ad altitudini superiori a 300 km, predomina l'ossigeno atomico. Il limite superiore della termosfera è in gran parte determinato dall'attività attuale del Sole. Durante i periodi di bassa attività, ad esempio nel 2008-2009, si verifica una notevole diminuzione delle dimensioni di questo livello.
La regione dell'atmosfera sopra la termosfera. In questa regione l'assorbimento della radiazione solare è insignificante e la temperatura non cambia con l'altezza.
Fino a un'altezza di 100 km, l'atmosfera è una miscela omogenea e ben miscelata di gas. Negli strati più alti, la distribuzione dei gas in altezza dipende dalle loro masse molecolari, la concentrazione dei gas più pesanti diminuisce più velocemente con la distanza dalla superficie terrestre. A causa della diminuzione della densità del gas, la temperatura scende da 0 °C nella stratosfera a -110 °C nella mesosfera. Tuttavia, l'energia cinetica delle singole particelle ad altitudini di 200–250 km corrisponde a una temperatura di ~150 °C. Oltre i 200 km si osservano significative fluttuazioni di temperatura e densità del gas nel tempo e nello spazio.
Ad un'altitudine di circa 2000-3500 km, l'esosfera passa gradualmente nella cosiddetta vicino al vuoto spaziale, che è pieno di rare particelle di gas interplanetario, principalmente atomi di idrogeno. Ma questo gas è solo una parte della materia interplanetaria. L'altra parte è composta da particelle simili a polvere di origine cometaria e meteorica. Oltre a particelle simili a polvere estremamente rarefatte, in questo spazio penetrano radiazioni elettromagnetiche e corpuscolari di origine solare e galattica.
La troposfera rappresenta circa l'80% della massa dell'atmosfera, la stratosfera rappresenta circa il 20%; la massa della mesosfera non è superiore allo 0,3%, la termosfera è inferiore allo 0,05% della massa totale dell'atmosfera.
In base alle proprietà elettriche nell'atmosfera, emettono la neutrosfera e ionosfera .
A seconda della composizione del gas nell'atmosfera, emettono omosfera e eterosfera. eterosfera- questa è un'area in cui la gravità influisce sulla separazione dei gas, poiché la loro miscelazione a tale altezza è trascurabile. Da qui segue la composizione variabile dell'eterosfera. Al di sotto di esso si trova una parte dell'atmosfera ben mescolata e omogenea, chiamata omosfera. Il confine tra questi strati è chiamato turbopausa, si trova ad un'altitudine di circa 120 km.
Già a un'altitudine di 5 km sul livello del mare, una persona non addestrata sviluppa una carenza di ossigeno e, senza adattamento, le prestazioni di una persona sono significativamente ridotte. Qui finisce la zona fisiologica dell'atmosfera. La respirazione umana diventa impossibile a un'altitudine di 9 km, sebbene fino a circa 115 km l'atmosfera contenga ossigeno.
L'atmosfera ci fornisce l'ossigeno di cui abbiamo bisogno per respirare. Tuttavia, a causa del calo della pressione totale dell'atmosfera man mano che si sale in quota, anche la pressione parziale dell'ossigeno diminuisce di conseguenza.
Secondo la teoria più comune, l'atmosfera terrestre è stata in tre diverse composizioni nel corso della sua storia. Inizialmente, era costituito da gas leggeri (idrogeno ed elio) catturati dallo spazio interplanetario. Questo cosiddetto atmosfera primaria. Nella fase successiva, l'attività vulcanica attiva ha portato alla saturazione dell'atmosfera con gas diversi dall'idrogeno (anidride carbonica, ammoniaca, vapore acqueo). Questo è come atmosfera secondaria. Questa atmosfera era rigenerante. Inoltre, il processo di formazione dell'atmosfera è stato determinato dai seguenti fattori:
A poco a poco, questi fattori hanno portato alla formazione atmosfera terziaria, caratterizzato da un contenuto molto più basso di idrogeno e da un contenuto molto più elevato di azoto e anidride carbonica (formata a seguito di reazioni chimiche da ammoniaca e idrocarburi).
La formazione di una grande quantità di azoto N 2 è dovuta all'ossidazione dell'atmosfera ammoniaca-idrogeno da parte dell'ossigeno molecolare O 2, che iniziò a provenire dalla superficie del pianeta a seguito della fotosintesi, a partire da 3 miliardi di anni fa. L'azoto N 2 viene rilasciato nell'atmosfera anche come risultato della denitrificazione dei nitrati e di altri composti contenenti azoto. L'azoto viene ossidato dall'ozono a NO nell'alta atmosfera.
L'azoto N 2 entra in reazioni solo in condizioni specifiche (ad esempio durante una scarica di fulmini). L'ossidazione dell'azoto molecolare da parte dell'ozono durante le scariche elettriche viene utilizzata in piccole quantità nella produzione industriale di fertilizzanti azotati. Può essere ossidato con un basso consumo energetico e convertito in forma biologicamente attiva da cianobatteri (alghe azzurre) e batteri noduli che formano simbiosi rizobiali con i legumi, che possono essere efficaci piante da sovescio che non impoveriscono, ma arricchiscono il terreno di fertilizzanti naturali.
La composizione dell'atmosfera iniziò a cambiare radicalmente con l'avvento degli organismi viventi sulla Terra, a seguito della fotosintesi, accompagnata dal rilascio di ossigeno e dall'assorbimento di anidride carbonica. Inizialmente, l'ossigeno veniva speso per l'ossidazione dei composti ridotti: ammoniaca, idrocarburi, la forma ferrosa del ferro contenuta negli oceani e altri. Al termine di questa fase, il contenuto di ossigeno nell'atmosfera ha cominciato a crescere. A poco a poco, si formò un'atmosfera moderna con proprietà ossidanti. Poiché ciò ha causato cambiamenti seri e bruschi in molti processi che si verificano nell'atmosfera, nella litosfera e nella biosfera, questo evento è stato chiamato la catastrofe dell'ossigeno.
Recentemente, l'uomo ha cominciato a influenzare l'evoluzione dell'atmosfera. Il risultato dell'attività umana è stato un costante aumento del contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera dovuto alla combustione di combustibili idrocarburici accumulati in precedenti epoche geologiche. Enormi quantità di CO 2 vengono consumate durante la fotosintesi e assorbite dagli oceani del mondo. Questo gas entra nell'atmosfera per la decomposizione di rocce carbonatiche e sostanze organiche di origine vegetale e animale, oltre che per vulcanismo e attività produttive umane. Negli ultimi 100 anni, il contenuto di CO 2 nell'atmosfera è aumentato del 10%, con la maggior parte (360 miliardi di tonnellate) proveniente dalla combustione di combustibili. Se il tasso di crescita della combustione del carburante continua, nei prossimi 200-300 anni la quantità di CO 2 nell'atmosfera raddoppierà e potrebbe portare a cambiamenti climatici globali.
La combustione del carburante è la principale fonte di gas inquinanti (СО,, SO 2). L'anidride solforosa viene ossidata dall'ossigeno atmosferico a SO 3 e l'ossido nitrico a NO 2 nell'alta atmosfera, che a sua volta interagiscono con il vapore acqueo, e l'acido solforico risultante H 2 SO 4 e l'acido nitrico HNO 3 cadono sulla superficie terrestre in la forma cosiddetta pioggia acida. Utilizzo
