L'atmosfera è il guscio gassoso del nostro pianeta che ruota con la Terra. Il gas nell'atmosfera è chiamato aria. L'atmosfera è a contatto con l'idrosfera e copre parzialmente la litosfera. Ma è difficile determinare i limiti superiori. Convenzionalmente, si presume che l'atmosfera si estenda verso l'alto per circa tremila chilometri. Lì scorre senza intoppi nello spazio senz'aria.

La composizione chimica dell'atmosfera terrestre

La formazione della composizione chimica dell'atmosfera iniziò circa quattro miliardi di anni fa. Inizialmente, l'atmosfera era costituita solo da gas leggeri: elio e idrogeno. Secondo gli scienziati, i prerequisiti iniziali per la creazione di un guscio di gas attorno alla Terra erano le eruzioni vulcaniche che, insieme alla lava, emettevano un'enorme quantità di gas. Successivamente iniziò lo scambio gassoso con gli spazi idrici, con gli organismi viventi, con i prodotti della loro attività. La composizione dell'aria cambiò gradualmente e forma moderna stabilito diversi milioni di anni fa.

I componenti principali dell'atmosfera sono l'azoto (circa il 79%) e l'ossigeno (20%). La restante percentuale (1%) è rappresentata dai seguenti gas: argon, neon, elio, metano, anidride carbonica, idrogeno, kripton, xeno, ozono, ammoniaca, anidride solforosa e azoto, protossido di azoto e monossido di carbonio, inclusi in questo uno percento.

Inoltre, l'aria contiene vapore acqueo e particolato (polline delle piante, polvere, cristalli di sale, impurità di aerosol).

Recentemente, gli scienziati hanno notato non un cambiamento qualitativo, ma quantitativo in alcuni ingredienti dell'aria. E la ragione di ciò è la persona e la sua attività. Solo negli ultimi 100 anni diossido di carbonioè aumentato notevolmente! Questo è irto di molti problemi, il più globale dei quali è il cambiamento climatico.

Formazione del tempo e del clima

L'atmosfera gioca un ruolo fondamentale nel modellare il clima e il tempo sulla Terra. Molto dipende dalla quantità di luce solare, dalla natura della superficie sottostante e dalla circolazione atmosferica.

Diamo un'occhiata ai fattori in ordine.

1. L'atmosfera trasmette il calore dei raggi solari e assorbe le radiazioni nocive. Gli antichi greci sapevano che i raggi del Sole cadono su diverse parti della Terra con diverse angolazioni. La stessa parola "clima" nella traduzione dal greco antico significa "pendenza". Sì, all'equatore i raggi del sole cadono quasi verticalmente, perché qui fa molto caldo. Più vicino ai poli, maggiore è l'angolo di inclinazione. E la temperatura sta scendendo.

2. A causa del riscaldamento irregolare della Terra, si formano correnti d'aria nell'atmosfera. Sono classificati in base alla loro dimensione. I più piccoli (decine e centinaia di metri) sono i venti locali. Seguono monsoni e alisei, cicloni e anticicloni, zone frontali planetarie.

Tutti questi masse d'aria sono in continuo movimento. Alcuni di loro sono piuttosto statici. Ad esempio, gli alisei che soffiano dai subtropicali verso l'equatore. Il movimento degli altri dipende in gran parte dalla pressione atmosferica.

3. La pressione atmosferica è un altro fattore che influenza la formazione del clima. Questa è la pressione dell'aria sulla superficie terrestre. Come sapete, le masse d'aria si spostano da un'area ad alta pressione atmosferica verso un'area in cui questa pressione è più bassa.

Ci sono 7 zone in totale. Equatore - zona bassa pressione. Inoltre, su entrambi i lati dell'equatore fino alla trentesima latitudine - la regione alta pressione. Da 30° a 60° - sempre bassa pressione. E da 60° ai poli: una zona di alta pressione. Le masse d'aria circolano tra queste zone. Quelli che vanno dal mare alla terraferma portano pioggia e maltempo, e quelli che soffiano dai continenti portano tempo sereno e asciutto. Nei luoghi in cui le correnti d'aria si scontrano, si formano delle zone fronte atmosferico, caratterizzati da precipitazioni e tempo inclemente e ventoso.

Gli scienziati hanno dimostrato che anche il benessere di una persona dipende dalla pressione atmosferica. Secondo gli standard internazionali, la normale pressione atmosferica è di 760 mm Hg. colonna a 0°C. Questa cifra è calcolata per quelle aree di terra che sono quasi al livello del mare. La pressione diminuisce con l'altitudine. Pertanto, ad esempio, per San Pietroburgo 760 mm Hg. - è la norma. Ma per Mosca, che si trova più in alto, la pressione normale è di 748 mm Hg.

La pressione cambia non solo verticalmente, ma anche orizzontalmente. Ciò è particolarmente sentito durante il passaggio dei cicloni.

La struttura dell'atmosfera

L'atmosfera è come una torta a strati. E ogni strato ha le sue caratteristiche.

. Troposferaè lo strato più vicino alla Terra. Lo "spessore" di questo livello cambia man mano che ti allontani dall'equatore. Sopra l'equatore, lo strato si estende verso l'alto per 16-18 km, a zone temperate- a 10-12 km, ai poli - a 8-10 km.

È qui che sono contenuti l'80% della massa totale dell'aria e il 90% del vapore acqueo. Qui si formano nuvole, sorgono cicloni e anticicloni. La temperatura dell'aria dipende dall'altitudine della zona. In media scende di 0,65°C ogni 100 metri.

. tropopausa- strato di transizione dell'atmosfera. La sua altezza va da diverse centinaia di metri a 1-2 km. La temperatura dell'aria in estate è più alta che in inverno. Quindi, ad esempio, sopra i poli in inverno -65 ° C. E sopra l'equatore in qualsiasi momento dell'anno è -70 ° C.

. Stratosfera- questo è uno strato, il cui limite superiore corre a un'altitudine di 50-55 chilometri. La turbolenza è bassa qui, il contenuto di vapore acqueo nell'aria è trascurabile. Ma molto ozono. La sua concentrazione massima è ad un'altitudine di 20-25 km. Nella stratosfera, la temperatura dell'aria inizia a salire e raggiunge +0,8 ° C. Ciò è dovuto al fatto che lo strato di ozono interagisce con la radiazione ultravioletta.

. Stratopausa- basso strato intermedio tra la stratosfera e la prossima mesosfera.

. Mesosfera- il limite superiore di questo strato è di 80-85 chilometri. Qui avvengono complessi processi fotochimici che coinvolgono i radicali liberi. Sono loro che forniscono quel delicato bagliore blu del nostro pianeta, che è visto dallo spazio.

La maggior parte delle comete e dei meteoriti brucia nella mesosfera.

. Mesopausa- il successivo strato intermedio, la cui temperatura dell'aria è di almeno -90°.

. Termosfera- il limite inferiore inizia a un'altitudine di 80 - 90 km e il limite superiore dello strato passa approssimativamente al segno di 800 km. La temperatura dell'aria è in aumento. Può variare da +500°C a +1000°C. Durante il giorno le escursioni termiche sono di centinaia di gradi! Ma l'aria qui è così rarefatta che la comprensione del termine "temperatura" come immaginiamo non è qui appropriata.

. Ionosfera- unisce mesosfera, mesopausa e termosfera. L'aria qui è costituita principalmente da molecole di ossigeno e azoto, nonché da plasma quasi neutro. I raggi del sole, cadendo nella ionosfera, ionizzano fortemente le molecole d'aria. Nello strato inferiore (fino a 90 km), il grado di ionizzazione è basso. Maggiore è, maggiore è la ionizzazione. Quindi, a un'altitudine di 100-110 km, gli elettroni sono concentrati. Ciò contribuisce alla riflessione delle onde radio corte e medie.

Lo strato più importante della ionosfera è quello superiore, che si trova ad un'altitudine di 150-400 km. La sua particolarità è che riflette le onde radio, e questo contribuisce alla trasmissione di segnali radio su lunghe distanze.

È nella ionosfera che si verifica un fenomeno come l'aurora.

. Esosfera- è costituito da atomi di ossigeno, elio e idrogeno. Il gas in questo strato è molto rarefatto e spesso vi sfuggono gli atomi di idrogeno spazio. Pertanto, questo livello è chiamato "zona di dispersione".

Il primo scienziato che ha suggerito che la nostra atmosfera ha un peso è stato l'italiano E. Torricelli. Ostap Bender, ad esempio, nel romanzo "The Golden Calf" si è lamentato del fatto che ogni persona fosse pressata da una colonna d'aria del peso di 14 kg! Ma il grande stratega si sbagliava un po'. Una persona adulta sperimenta una pressione di 13-15 tonnellate! Ma non sentiamo questa pesantezza, perché la pressione atmosferica è bilanciata dalla pressione interna di una persona. Il peso della nostra atmosfera è di 5.300.000.000.000.000 di tonnellate. La cifra è colossale, anche se è solo un milionesimo del peso del nostro pianeta.

Troposfera

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 aria atmosferica e circa il 90% di tutto il vapore acqueo nell'atmosfera. Nella troposfera, la turbolenza e la convezione sono molto sviluppate, compaiono nuvole, si sviluppano cicloni e anticicloni. La temperatura diminuisce con l'altitudine con una pendenza media verticale di 0,65°/100 m

tropopausa

Lo strato di transizione dalla troposfera alla stratosfera, lo strato dell'atmosfera in cui si interrompe la diminuzione della temperatura con l'altezza.

Stratosfera

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 (lo strato inferiore della stratosfera) e il suo aumento nello strato di 25-40 km da -56,5 a 0,8 °C (lo strato di 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.

Stratopausa

Lo strato limite dell'atmosfera tra la stratosfera e la mesosfera. C'è un massimo nella distribuzione verticale della temperatura (circa 0 °C).

Mesosfera

La mesosfera inizia a un'altitudine di 50 km e si estende fino a 80-90 km. La temperatura diminuisce con l'altezza con un gradiente verticale medio di (0,25-0,3)°/100 m Il principale processo energetico è il trasferimento di calore radiante. Complessi processi fotochimici che coinvolgono radicali liberi, molecole eccitate vibrazionalmente, ecc., causano la luminescenza atmosferica.

Mesopausa

Strato di transizione tra mesosfera e termosfera. C'è un minimo nella distribuzione verticale della temperatura (circa -90 °C).

Linea Karman

Altitudine sul livello del mare, che è convenzionalmente accettata come confine tra l'atmosfera terrestre e lo spazio. La linea Karmana si trova ad un'altitudine di 100 km sul livello del mare.

Confine dell'atmosfera terrestre

Termosfera

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 di ultravioletti e raggi X radiazione solare e la radiazione cosmica, l'aria è 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, c'è una notevole diminuzione delle dimensioni di questo strato.

Termopausa

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.

Exosphere (sfera a dispersione)

Strati atmosferici fino a un'altezza di 120 km

Esosfera - zona di dispersione, parte esterna termosfera situata sopra i 700 km. Il gas nell'esosfera è molto rarefatto e quindi le sue particelle perdono nello spazio interplanetario (dissipazione).

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 nel cosiddetto vuoto spaziale vicino, 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, si distinguono omosfera ed eterosfera. L'eterosfera è un'area in cui la gravità ha un effetto 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 e si trova a un'altitudine di circa 120 km.

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.

La struttura dell'atmosfera

Nell'atmosfera si possono distinguere diversi strati, diversi per densità e densità (Fig. 1).

Troposfera

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

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

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

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.

Composizione dell'atmosfera

L'atmosfera è una miscela di gas composta da azoto (78,08%), ossigeno (20,95%), anidride carbonica (0,03%), argon (0,93%), una piccola quantità di 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

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 materia organica 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 si parlerà 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 un bollettino meteorologico viene trasmesso alla radio con un'umidità relativa del 70%, ciò significa che l'aria contiene il 70% del vapore acqueo che può trattenere a 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 umidità relativa utilizzare un igrometro (dal greco hygros - bagnato e metreco - 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 da 2 a 8 km, si possono osservare più pittoreschi Nubi cumuliformi. Il più alto e il più leggero sono i cirri. Si trovano ad un'altitudine compresa tra 8 e 18 km sopra la superficie terrestre.

Protezione atmosferica

La fonte principale sono imprese industriali e automobili. Nelle grandi città, il problema della contaminazione del gas principale autostradeè 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.

Lo spazio è pieno di energia. L'energia riempie lo spazio in modo non uniforme. Ci sono luoghi della sua concentrazione e scarico. In questo modo puoi stimare la densità. Il pianeta è un sistema ordinato, con la massima densità di materia al centro e con una graduale diminuzione della concentrazione verso la periferia. Le forze di interazione determinano lo stato della materia, la forma in cui essa esiste. La fisica descrive lo stato aggregato delle sostanze: solido, liquido, gas e così via.

L'atmosfera è il mezzo gassoso che circonda il pianeta. L'atmosfera terrestre consente la libera circolazione e il passaggio della luce, creando uno spazio in cui la vita prospera.

L'area dalla superficie terrestre ad un'altezza di circa 16 chilometri (meno dall'equatore ai poli, dipende anche dalla stagione) è chiamata troposfera. La troposfera è lo strato che contiene circa l'80% dell'aria nell'atmosfera e la quasi totalità del vapore acqueo. È qui che avvengono i processi che modellano il tempo. La pressione e la temperatura diminuiscono con l'altezza. Il motivo della diminuzione della temperatura dell'aria è un processo adiabatico, quando il gas si espande, si raffredda. Al limite superiore della troposfera, i valori possono raggiungere -50, -60 gradi Celsius.

Poi arriva la Stratosfera. Si estende fino a 50 chilometri. In questo strato dell'atmosfera la temperatura aumenta con l'altezza, acquisendo un valore nel punto più alto di circa 0 C. L'aumento della temperatura è causato dal processo di assorbimento strato di ozono raggi ultravioletti. Le radiazioni provocano una reazione chimica. Le molecole di ossigeno si scompongono in singoli atomi che possono combinarsi con le normali molecole di ossigeno per formare ozono.

La radiazione solare con lunghezze d'onda comprese tra 10 e 400 nanometri è classificata come ultravioletta. Minore è la lunghezza d'onda della radiazione UV, maggiore è il pericolo che rappresenta per gli organismi viventi. Solo una piccola frazione della radiazione raggiunge la superficie terrestre, inoltre, la parte meno attiva del suo spettro. Questa caratteristica della natura consente a una persona di ottenere una sana abbronzatura.

Lo strato successivo dell'atmosfera è chiamato Mesosfera. Limiti da circa 50 km a 85 km. Nella mesosfera, la concentrazione di ozono, che potrebbe intrappolare l'energia UV, è bassa, quindi la temperatura ricomincia a scendere con l'altezza. Nel punto di picco, la temperatura scende a -90 C, alcune fonti indicano un valore di -130 C. La maggior parte dei meteoroidi brucia in questo strato dell'atmosfera.

Lo strato dell'atmosfera che si estende da un'altezza di 85 km a una distanza di 600 km dalla Terra è chiamato Termosfera. La termosfera è la prima a incontrare la radiazione solare, compreso il cosiddetto ultravioletto del vuoto.

Il vuoto UV viene ritardato dall'aria, riscaldando così questo strato dell'atmosfera a temperature enormi. Tuttavia, poiché la pressione qui è estremamente bassa, questo gas apparentemente incandescente non ha lo stesso effetto sugli oggetti come in condizioni sulla superficie terrestre. Al contrario, gli oggetti posti in un tale ambiente si raffredderanno.

Ad un'altitudine di 100 km passa la linea condizionale "linea Karman", che è considerata l'inizio dello spazio.

Le aurore si verificano nella termosfera. In questo strato dell'atmosfera, il vento solare interagisce con il campo magnetico del pianeta.

L'ultimo strato dell'atmosfera è l'Esosfera, un guscio esterno che si estende per migliaia di chilometri. L'esosfera è praticamente un luogo vuoto, tuttavia, il numero di atomi che vagano qui è un ordine di grandezza maggiore che nello spazio interplanetario.

La persona respira aria. Pressione normale - 760 millimetri colonna di mercurio. Ad un'altitudine di 10.000 m, la pressione è di circa 200 mm. rt. Arte. A questa altitudine, una persona può probabilmente respirare, almeno non per molto tempo, ma questo richiede preparazione. Lo Stato sarà ovviamente inoperabile.

La composizione gassosa dell'atmosfera: 78% di azoto, 21% di ossigeno, circa un percento di argon, tutto il resto è una miscela di gas che rappresenta la frazione più piccola del totale.

STRUTTURA DELL'ATMOSFERA

Atmosfera(dall'altro greco ἀτμός - vapore e σφαῖρα - palla) - un guscio gassoso (geosfera) che circonda il pianeta Terra. La sua superficie interna copre l'idrosfera e parzialmente la crosta terrestre, mentre la sua superficie esterna confina con la parte vicina alla Terra dello spazio esterno.

Proprietà fisiche

Lo spessore dell'atmosfera è di circa 120 km dalla superficie terrestre. La massa totale d'aria nell'atmosfera è (5,1-5,3) 10 18 kg. Di questi, la massa di aria secca è (5,1352 ± 0,0003) 10 18 kg, la massa totale di vapore acqueo è in media 1,27 10 16 kg.

La massa molare dell'aria secca pulita è di 28,966 g/mol, la densità dell'aria sulla superficie del mare è di circa 1,2 kg/m 3 . La pressione a 0 °C al livello del mare è 101.325 kPa; temperatura critica - -140,7 ° C; pressione critica - 3,7 MPa; C p a 0 °C - 1,0048 10 3 J/(kg K), C v - 0,7159 10 3 J/(kg K) (a 0 °C). La solubilità dell'aria in acqua (in massa) a 0 ° C - 0,0036%, a 25 ° C - 0,0023%.

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.

La struttura dell'atmosfera

L'atmosfera ha una struttura a strati. Gli strati dell'atmosfera differiscono l'uno dall'altro per la temperatura dell'aria, la sua densità, la quantità di vapore acqueo nell'aria e altre proprietà.

Troposfera(greco antico τρόπος - "girare", "cambiare" e σφαῖρα - "palla") - lo strato inferiore e più studiato dell'atmosfera, alto 8-10 km nelle regioni polari, fino a 10-12 km a latitudini temperate, all'equatore - 16-18 km.

Quando si sale nella troposfera, la temperatura scende in media di 0,65 K ogni 100 m e raggiunge i 180-220 K nella parte superiore. Questo strato superiore della troposfera, in cui si interrompe la diminuzione della temperatura con l'altezza, è chiamato tropopausa. Lo strato successivo dell'atmosfera sopra la troposfera è chiamato stratosfera.

Più dell'80% della massa totale dell'aria atmosferica è concentrata nella troposfera, la turbolenza e la convezione sono molto sviluppate, la parte predominante del vapore acqueo è concentrata, si formano nubi, si formano anche fronti atmosferici, si sviluppano cicloni e anticicloni, nonché altri processi che determinano il tempo e il clima. I processi che si verificano nella troposfera sono principalmente dovuti alla convezione.

La parte della troposfera all'interno della quale possono formarsi i ghiacciai sulla superficie terrestre è chiamata chionosfera.

tropopausa(dal greco τροπος - girare, cambiare e παῦσις - fermare, cessare) - lo strato dell'atmosfera in cui si interrompe la diminuzione della temperatura con l'altezza; strato di transizione dalla troposfera alla stratosfera. Nell'atmosfera terrestre, la tropopausa si trova ad altitudini da 8-12 km (slm) nelle regioni polari e fino a 16-18 km sopra l'equatore. L'altezza della tropopausa dipende anche dal periodo dell'anno (la tropopausa è più alta in estate che in inverno) e dall'attività ciclonica (è più bassa nei cicloni e più alta negli anticicloni)

Lo spessore della tropopausa varia da diverse centinaia di metri a 2-3 chilometri. Nelle zone subtropicali, si osservano rotture della tropopausa a causa di potenti correnti a getto. La tropopausa su determinate aree viene spesso distrutta e riformata.

Stratosfera(dal latino strato - pavimentazione, strato) - uno strato dell'atmosfera, situato a un'altitudine compresa tra 11 e 50 km. Sono tipici un leggero cambiamento di temperatura nello strato di 11-25 km (lo strato inferiore della stratosfera) e il suo aumento nello strato di 25-40 km da -56,5 a 0,8 °C (lo strato di 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. La densità dell'aria nella stratosfera è decine e centinaia di volte inferiore a quella al livello del mare.

È nella stratosfera che si trova lo strato di ozonosfera ("strato di ozono") (ad un'altitudine compresa tra 15-20 e 55-60 km), che determina il limite superiore della vita nella biosfera. L'ozono (O 3 ) si forma come risultato di reazioni fotochimiche più intensamente a un'altitudine di circa 30 km. La massa totale di O 3 sarebbe a pressione normale uno strato con uno spessore di 1,7-4,0 mm, ma anche questo è sufficiente per assorbire la radiazione ultravioletta del sole dannosa per la vita. La distruzione dell'O 3 si verifica quando interagisce con i radicali liberi, NO, composti contenenti alogeni (compresi i "freon").

La maggior parte della parte a lunghezza d'onda corta della radiazione ultravioletta (180-200 nm) viene trattenuta nella stratosfera e l'energia delle onde corte viene trasformata. Sotto l'influenza di questi raggi, campi magnetici, le molecole si rompono, si verifica la ionizzazione, nuova formazione di gas e altri composti chimici. Questi processi possono essere osservati sotto forma di aurora boreale, fulmini e altri bagliori.

Nella stratosfera e negli strati superiori, sotto l'influenza della radiazione solare, le molecole di gas si dissociano - in atomi (sopra 80 km, CO 2 e H 2 si dissociano, sopra 150 km - O 2, sopra 300 km - N 2). Ad un'altitudine di 200-500 km, la ionizzazione dei gas si verifica anche nella ionosfera; ad un'altitudine di 320 km, la concentrazione di particelle cariche (O + 2, O - 2, N + 2) è ~ 1/300 del concentrazione di particelle neutre. Negli strati superiori dell'atmosfera ci sono radicali liberi - OH, HO 2, ecc.

Non c'è quasi vapore acqueo nella stratosfera.

I voli nella stratosfera iniziarono negli anni '30. È ampiamente noto il volo sul primo pallone stratosferico (FNRS-1), che Auguste Picard e Paul Kipfer effettuarono il 27 maggio 1931 ad un'altezza di 16,2 km. I moderni aerei da combattimento e commerciali supersonici volano nella stratosfera ad altitudini generalmente fino a 20 km (sebbene il soffitto dinamico possa essere molto più alto). I palloni meteorologici ad alta quota salgono fino a 40 km; il record per un pallone senza pilota è di 51,8 km.

Di recente, negli ambienti militari degli Stati Uniti, si è prestata molta attenzione allo sviluppo di strati della stratosfera superiori ai 20 km, spesso chiamati "prespazio" (Ing. « vicino allo spazio» ). Si presume che saranno in grado di farlo i dirigibili senza pilota e gli aerei a energia solare (come il Pathfinder della NASA). a lungo essere situato ad un'altitudine di circa 30 km e fornire sorveglianza e comunicazioni per aree molto estese, pur rimanendo a bassa vulnerabilità ai sistemi di difesa aerea; tali dispositivi saranno molte volte più economici dei satelliti.

Stratopausa- lo strato dell'atmosfera, che è il confine tra due strati, la stratosfera e la mesosfera. Nella stratosfera, la temperatura aumenta con l'altitudine e la stratopausa è lo strato in cui la temperatura raggiunge il suo massimo. La temperatura della stratopausa è di circa 0 °C.

Questo fenomeno si osserva non solo sulla Terra, ma anche su altri pianeti con un'atmosfera.

Sulla Terra, la stratopausa si trova ad un'altitudine di 50 - 55 km sul livello del mare. La pressione atmosferica è circa 1/1000 della pressione al livello del mare.

Mesosfera(dal greco μεσο- - "mezzo" e σφαῖρα - "palla", "sfera") - lo strato dell'atmosfera ad altitudini comprese tra 40-50 e 80-90 km. È caratterizzato da un aumento della temperatura con l'altezza; la temperatura massima (circa +50°C) si trova ad un'altitudine di circa 60 km, dopodiché la temperatura inizia a scendere fino a -70° o -80°C. Tale diminuzione della temperatura è associata all'assorbimento energetico della radiazione solare (irraggiamento) da parte dell'ozono. Il termine è stato adottato dall'Unione geografica e geofisica nel 1951.

La composizione gassosa della mesosfera, così come quella degli strati atmosferici inferiori, è costante e contiene circa l'80% di azoto e il 20% di ossigeno.

La mesosfera è separata dalla stratosfera sottostante dalla stratopausa e dalla termosfera sovrastante dalla mesopausa. La mesopausa coincide sostanzialmente con la turbopausa.

Le meteore iniziano a brillare e, di regola, bruciano completamente nella mesosfera.

Nella mesosfera possono apparire nubi nottilucenti.

Per i voli, la mesosfera è una specie di "zona morta": l'aria qui è troppo rarefatta per supportare aeroplani o palloni (a un'altitudine di 50 km, la densità dell'aria è 1000 volte inferiore rispetto al livello del mare) e allo stesso tempo troppo denso per voli artificiali satelliti in un'orbita così bassa. Gli studi diretti della mesosfera vengono effettuati principalmente con l'ausilio di razzi meteorologici suborbitali; in generale, la mesosfera è stata studiata peggio di altri strati dell'atmosfera, in relazione alla quale gli scienziati l'hanno chiamata "ignorosfera".

mesopausa

mesopausa Lo strato dell'atmosfera che separa la mesosfera e la termosfera. Sulla Terra, si trova ad un'altitudine di 80-90 km sul livello del mare. In mesopausa c'è una temperatura minima, che è di circa -100°C. Sotto (partendo da un'altezza di circa 50 km) la temperatura scende con l'altezza, sopra (fino ad un'altezza di circa 400 km) si alza nuovamente. La mesopausa coincide con il limite inferiore della regione di assorbimento attivo dei raggi X e della radiazione ultravioletta a lunghezza d'onda più corta del Sole. A questa quota si osservano nubi argentate.

La mesopausa esiste non solo sulla Terra, ma anche su altri pianeti con un'atmosfera.

Linea Karman- l'altezza sul livello del mare, che è convenzionalmente accettata come confine tra l'atmosfera terrestre e lo spazio.

Come definita dalla Fédération Aéronautique Internationale (FAI), la linea Karman si trova a un'altitudine di 100 km sul livello del mare.

L'altezza prende il nome da Theodor von Karman, uno scienziato americano di origine ungherese. Fu il primo a determinare che a questa quota l'atmosfera diventa così rarefatta che l'aeronautica diventa impossibile, poiché la velocità dell'aereo, necessaria per creare una portanza sufficiente, diventa maggiore della prima velocità cosmica, e quindi, per raggiungere una maggiore altitudini, è necessario utilizzare i mezzi dell'astronautica.

L'atmosfera terrestre continua oltre la linea di Karman. parte esterna l'atmosfera terrestre, l'esosfera, si estende per un'altezza di 10 mila km o più, a tale altitudine l'atmosfera è costituita principalmente da atomi di idrogeno che possono lasciare l'atmosfera.

Il raggiungimento della Linea Karman è stata la prima condizione per l'Ansari X Prize, in quanto questa è la base per riconoscere il volo come volo spaziale.