Atmosfera to gazowa powłoka naszej planety, która obraca się wraz z Ziemią. Gaz w atmosferze nazywa się powietrzem. Atmosfera styka się z hydrosferą i częściowo pokrywa litosferę. Ale trudno jest określić górne granice. Konwencjonalnie przyjmuje się, że atmosfera rozciąga się w górę na około trzy tysiące kilometrów. Tam płynnie płynie w pozbawioną powietrza przestrzeń.

Skład chemiczny atmosfery ziemskiej

Kształtowanie się składu chemicznego atmosfery rozpoczęło się około czterech miliardów lat temu. Początkowo atmosfera składała się wyłącznie z lekkich gazów – helu i wodoru. Według naukowców, wstępnym warunkiem powstania powłoki gazowej wokół Ziemi były erupcje wulkaniczne, które wraz z lawą wyemitowały ogromną ilość gazów. Następnie rozpoczęła się wymiana gazowa z przestrzeniami wodnymi, z żywymi organizmami, z produktami ich działalności. Skład powietrza stopniowo się zmieniał i nowoczesna forma powstała kilka milionów lat temu.

Głównymi składnikami atmosfery są azot (około 79%) i tlen (20%). Pozostały procent (1%) stanowią gazy: argon, neon, hel, metan, dwutlenek węgla, wodór, krypton, ksenon, ozon, amoniak, dwutlenek siarki i azot, podtlenek azotu i tlenek węgla. jeden procent.

Ponadto powietrze zawiera parę wodną i cząstki stałe (pyłki roślin, kurz, kryształki soli, zanieczyszczenia aerozolowe).

Ostatnio naukowcy zauważyli nie jakościową, ale ilościową zmianę niektórych składników powietrza. A powodem tego jest osoba i jej działalność. Tylko w ciągu ostatnich 100 lat dwutlenek węgla znacznie wzrosła! Jest to obarczone wieloma problemami, z których najbardziej globalnym jest zmiana klimatu.

Kształtowanie się pogody i klimatu

Atmosfera odgrywa istotną rolę w kształtowaniu klimatu i pogody na Ziemi. Wiele zależy od ilości światła słonecznego, charakteru podłoża i cyrkulacji atmosferycznej.

Spójrzmy na czynniki w kolejności.

1. Atmosfera przenosi ciepło promieni słonecznych i pochłania szkodliwe promieniowanie. Starożytni Grecy wiedzieli, że promienie Słońca padają na różne części Ziemi pod różnymi kątami. Samo słowo „klimat” w tłumaczeniu ze starożytnej greki oznacza „stok”. Tak, na równiku promienie słoneczne spadają prawie pionowo, bo tu jest bardzo gorąco. Im bliżej biegunów, tym większy kąt nachylenia. A temperatura spada.

2. Z powodu nierównomiernego nagrzewania się Ziemi w atmosferze powstają prądy powietrzne. Są klasyfikowane według ich wielkości. Najmniejsze (dziesiątki i setki metrów) to wiatry lokalne. Potem następują monsuny i pasaty, cyklony i antycyklony, planetarne strefy czołowe.

Wszystkie te masy powietrza ciągle się poruszają. Niektóre z nich są dość statyczne. Na przykład pasaty wiejące z subtropików w kierunku równika. Ruch innych jest w dużej mierze zależny od ciśnienia atmosferycznego.

3. Kolejnym czynnikiem wpływającym na kształtowanie się klimatu jest ciśnienie atmosferyczne. To ciśnienie powietrza na powierzchni ziemi. Jak wiadomo, masy powietrza przemieszczają się z obszaru o wysokim ciśnieniu atmosferycznym w kierunku obszaru, w którym to ciśnienie jest niższe.

W sumie jest 7 stref. Równik - strefa niskie ciśnienie. Dalej, po obu stronach równika aż do trzydziestych szerokości geograficznych - region wysokie ciśnienie. Od 30° do 60° - znowu niskie ciśnienie. A od 60° do biegunów – strefa wysokiego ciśnienia. Pomiędzy tymi strefami krążą masy powietrza. Te, które idą z morza na ląd, przynoszą deszcz i złą pogodę, a te, które wieją z kontynentów, przynoszą pogodną i suchą pogodę. W miejscach zderzenia prądów powietrza tworzą się strefy front atmosferyczny, które charakteryzują się opadami i niesprzyjającą, wietrzną pogodą.

Naukowcy udowodnili, że nawet samopoczucie człowieka zależy od ciśnienia atmosferycznego. Zgodnie z międzynarodowymi standardami normalne ciśnienie atmosferyczne wynosi 760 mm Hg. kolumna w 0°C. Liczba ta jest obliczana dla tych obszarów lądu, które są prawie na równi z poziomem morza. Ciśnienie spada wraz z wysokością. Dlatego na przykład w Petersburgu 760 mm Hg. - jest normą. Ale dla Moskwy, która znajduje się wyżej, normalne ciśnienie wynosi 748 mm Hg.

Nacisk zmienia się nie tylko w pionie, ale także w poziomie. Jest to szczególnie odczuwalne podczas przechodzenia cyklonów.

Struktura atmosfery

Atmosfera jest jak tort. A każda warstwa ma swoje własne cechy.

. Troposfera to warstwa najbliższa Ziemi. „Grubość” tej warstwy zmienia się wraz z oddalaniem się od równika. Powyżej równika warstwa rozciąga się w górę na 16-18 km, w strefy umiarkowane- na 10-12 km, na biegunach - na 8-10 km.

To tutaj zawarte jest 80% całkowitej masy powietrza i 90% pary wodnej. Tworzą się tu chmury, powstają cyklony i antycyklony. Temperatura powietrza zależy od wysokości terenu. Średnio spada o 0,65°C na każde 100 metrów.

. tropopauza- warstwa przejściowa atmosfery. Jego wysokość wynosi od kilkuset metrów do 1-2 km. Temperatura powietrza latem jest wyższa niż zimą. Na przykład nad biegunami zimą -65 ° C. A nad równikiem o każdej porze roku jest -70 ° C.

. Stratosfera- jest to warstwa, której górna granica biegnie na wysokości 50-55 kilometrów. Turbulencja jest tu niewielka, zawartość pary wodnej w powietrzu jest znikoma. Ale dużo ozonu. Jego maksymalne stężenie znajduje się na wysokości 20-25 km. W stratosferze temperatura powietrza zaczyna rosnąć i osiąga +0,8 ° C. Wynika to z faktu, że warstwa ozonowa oddziałuje z promieniowaniem ultrafioletowym.

. Stratopauza- niski warstwa pośrednia między stratosferą a następną mezosferą.

. Mezosfera- górna granica tej warstwy wynosi 80-85 kilometrów. Tu zachodzą złożone procesy fotochemiczne z udziałem wolnych rodników. To oni zapewniają ten delikatny niebieski blask naszej planety, który widać z kosmosu.

Większość komet i meteorytów spala się w mezosferze.

. mezopauza- kolejna warstwa pośrednia, której temperatura powietrza wynosi co najmniej -90 °.

. Termosfera- dolna granica zaczyna się na wysokości 80 - 90 km, a górna granica warstwy przechodzi w przybliżeniu na znak 800 km. Temperatura powietrza rośnie. Może wahać się od +500°C do +1000°C. W ciągu dnia wahania temperatury sięgają setek stopni! Ale powietrze tutaj jest tak rozrzedzone, że rozumienie terminu „temperatura”, tak jak sobie to wyobrażamy, nie jest tutaj właściwe.

. Jonosfera- łączy mezosferę, mezopauzę i termosferę. Powietrze tutaj składa się głównie z cząsteczek tlenu i azotu, a także z quasi-neutralnej plazmy. Promienie słoneczne wpadające do jonosfery silnie jonizują cząsteczki powietrza. W dolnej warstwie (do 90 km) stopień jonizacji jest niski. Im wyższy, tym większa jonizacja. Tak więc na wysokości 100-110 km elektrony są skoncentrowane. Przyczynia się to do odbicia krótkich i średnich fal radiowych.

Najważniejszą warstwą jonosfery jest górna, która znajduje się na wysokości 150-400 km. Jego osobliwością jest to, że odbija fale radiowe, co przyczynia się do przesyłania sygnałów radiowych na duże odległości.

To w jonosferze występuje takie zjawisko jak zorza polarna.

. Egzosfera- składa się z atomów tlenu, helu i wodoru. Gaz w tej warstwie jest bardzo rozrzedzony i atomy wodoru często uciekają do przestrzeń. Dlatego ta warstwa nazywana jest „strefą rozproszenia”.

Pierwszym naukowcem, który zasugerował, że nasza atmosfera ma wagę, był Włoch E. Torricelli. Na przykład Ostap Bender w powieści „Złoty cielę” ubolewał, że każda osoba została przyciśnięta przez słup powietrza o wadze 14 kg! Ale wielki strateg trochę się mylił. Dorosła osoba odczuwa nacisk 13-15 ton! Ale nie czujemy tej ciężkości, ponieważ ciśnienie atmosferyczne jest równoważone ciśnieniem wewnętrznym człowieka. Waga naszej atmosfery to 5 300 000 000 000 000 ton. Liczba ta jest kolosalna, choć stanowi tylko jedną milionową wagi naszej planety.

Troposfera

Jego górna granica znajduje się na wysokości 8-10 km w polarnych, 10-12 km w umiarkowanych i 16-18 km w tropikalnych szerokościach geograficznych; niższa zimą niż latem. Dolna, główna warstwa atmosfery zawiera ponad 80% całkowitej masy powietrze atmosferyczne i około 90% całej pary wodnej w atmosferze. W troposferze turbulencje i konwekcja są silnie rozwinięte, pojawiają się chmury, rozwijają się cyklony i antycyklony. Temperatura spada wraz z wysokością ze średnim nachyleniem pionowym 0,65°/100 m

tropopauza

Warstwa przejściowa od troposfery do stratosfery, warstwa atmosfery, w której zatrzymuje się spadek temperatury wraz z wysokością.

Stratosfera

Warstwa atmosfery znajdująca się na wysokości od 11 do 50 km. Typowa jest niewielka zmiana temperatury w warstwie 11-25 km (dolna warstwa stratosfery) i jej wzrost w warstwie 25-40 km z -56,5 do 0,8 °C (górna warstwa stratosfery lub region inwersji). Po osiągnięciu wartości około 273 K (prawie 0 °C) na wysokości około 40 km, temperatura pozostaje stała do wysokości około 55 km. Ten obszar stałej temperatury nazywany jest stratopauzą i stanowi granicę między stratosferą a mezosferą.

Stratopauza

Warstwa graniczna atmosfery między stratosferą a mezosferą. W pionowym rozkładzie temperatury występuje maksimum (około 0°C).

Mezosfera

Mezosfera zaczyna się na wysokości 50 km i rozciąga się na 80-90 km. Temperatura spada wraz z wysokością ze średnim pionowym gradientem (0,25-0,3)°/100 m. Głównym procesem energetycznym jest promieniowanie ciepła. Złożone procesy fotochemiczne z udziałem wolnych rodników, cząsteczek wzbudzonych wibracją itp. powodują luminescencję atmosfery.

mezopauza

Warstwa przejściowa między mezosferą a termosferą. W pionowym rozkładzie temperatury występuje minimum (około -90°C).

Linia Karmana

Wysokość nad poziomem morza, która jest umownie akceptowana jako granica między atmosferą ziemską a przestrzenią. Linia Karmana znajduje się na wysokości 100 km nad poziomem morza.

Granica atmosfery Ziemi

Termosfera

Górna granica to około 800 km. Temperatura wzrasta do wysokości 200-300 km, gdzie osiąga wartości rzędu 1500 K, po czym pozostaje prawie stała do dużych wysokości. Pod wpływem promieniowania ultrafioletowego i rentgenowskiego Promieniowanie słoneczne i promieniowanie kosmiczne powietrze jest zjonizowane („światła polarne”) – główne obszary jonosfery leżą wewnątrz termosfery. Na wysokościach powyżej 300 km dominuje tlen atomowy. Górna granica termosfery jest w dużej mierze zdeterminowana obecną aktywnością Słońca. W okresach niskiej aktywności zauważalny jest spadek wielkości tej warstwy.

Termopauza

Region atmosfery nad termosferą. W tym regionie absorpcja promieniowania słonecznego jest nieznaczna, a temperatura nie zmienia się wraz z wysokością.

Egzosfera (sfera rozpraszająca)

Warstwy atmosferyczne do wysokości 120 km

Exosphere - strefa rozpraszania, zewnętrzna część termosfera położona powyżej 700 km. Gaz w egzosferze jest bardzo rozrzedzony, stąd jego cząsteczki przedostają się do przestrzeni międzyplanetarnej (dyssypacja).

Do wysokości 100 km atmosfera jest jednorodną, ​​dobrze wymieszaną mieszaniną gazów. W wyższych warstwach rozkład gazów na wysokość zależy od ich mas cząsteczkowych, stężenie cięższych gazów maleje szybciej wraz z odległością od powierzchni Ziemi. Ze względu na spadek gęstości gazu temperatura spada od 0 °C w stratosferze do -110°C w mezosferze. Jednak energia kinetyczna poszczególnych cząstek na wysokościach 200–250 km odpowiada temperaturze ~150 °C. Powyżej 200 km obserwuje się znaczne wahania temperatury i gęstości gazu w czasie i przestrzeni.

Na wysokości około 2000-3500 km egzosfera stopniowo przechodzi w tak zwaną próżnię bliskiej przestrzeni, która jest wypełniona bardzo rozrzedzonymi cząsteczkami gazu międzyplanetarnego, głównie atomami wodoru. Ale ten gaz to tylko część materii międzyplanetarnej. Druga część składa się z pyłopodobnych cząstek pochodzenia kometarnego i meteorytowego. Oprócz niezwykle rozrzedzonych cząstek pyłopodobnych w tę przestrzeń przenika promieniowanie elektromagnetyczne i korpuskularne pochodzenia słonecznego i galaktycznego.

Troposfera odpowiada za około 80% masy atmosfery, stratosfera za około 20%; masa mezosfery nie przekracza 0,3%, termosfera jest mniejsza niż 0,05% całkowitej masy atmosfery. Na podstawie właściwości elektrycznych w atmosferze rozróżnia się neutrosferę i jonosferę. Obecnie uważa się, że atmosfera rozciąga się na wysokość 2000-3000 km.

W zależności od składu gazu w atmosferze rozróżnia się homosferę i heterosferę. Heterosfera to obszar, w którym grawitacja ma wpływ na separację gazów, ponieważ ich mieszanie na takiej wysokości jest znikome. Stąd wynika zmienny skład heterosfery. Poniżej znajduje się dobrze wymieszana, jednorodna część atmosfery, zwana homosferą. Granica między tymi warstwami nazywana jest turbopauzą i leży na wysokości około 120 km.

Atmosfera(z greckiego atmos - para i spharia - kula) - otoczka powietrzna Ziemi, obracająca się z nią. Rozwój atmosfery był ściśle związany z procesami geologicznymi i geochemicznymi zachodzącymi na naszej planecie, a także z działalnością organizmów żywych.

Dolna granica atmosfery pokrywa się z powierzchnią Ziemi, ponieważ powietrze wnika w najmniejsze pory w glebie i rozpuszcza się nawet w wodzie.

Górna granica na wysokości 2000-3000 km stopniowo przechodzi w przestrzeń kosmiczną.

Bogata w tlen atmosfera umożliwia życie na Ziemi. Tlen atmosferyczny jest wykorzystywany w procesie oddychania przez ludzi, zwierzęta i rośliny.

Gdyby nie było atmosfery, Ziemia byłaby tak cicha jak księżyc. W końcu dźwięk to wibracja cząsteczek powietrza. Niebieski kolor nieba tłumaczy się tym, że promienie słoneczne, przechodzące przez atmosferę, jakby przez soczewkę, rozkładają się na kolory składowe. W tym przypadku najbardziej rozpraszają się promienie koloru niebieskiego i niebieskiego.

Atmosfera zatrzymuje większość promieniowania ultrafioletowego ze Słońca, które ma szkodliwy wpływ na organizmy żywe. Utrzymuje również ciepło na powierzchni Ziemi, zapobiegając ochładzaniu się naszej planety.

Struktura atmosfery

W atmosferze można wyróżnić kilka warstw różniących się gęstością i gęstością (rys. 1).

Troposfera

Troposfera- najniższa warstwa atmosfery, której grubość nad biegunami wynosi 8-10 km, w umiarkowanych szerokościach geograficznych - 10-12 km, a nad równikiem - 16-18 km.

Ryż. 1. Struktura atmosfery ziemskiej

Powietrze w troposferze ogrzewane jest przez powierzchnia ziemi, czyli z lądu i wody. Dlatego temperatura powietrza w tej warstwie spada wraz z wysokością średnio o 0,6°C na każde 100 m. Na górnej granicy troposfery osiąga -55°C. Jednocześnie w rejonie równika przy górnej granicy troposfery temperatura powietrza wynosi -70 ° C, a w rejonie biegun północny-65 °С.

Około 80% masy atmosfery koncentruje się w troposferze, prawie cała para wodna jest zlokalizowana, występują burze, burze, chmury i opady atmosferyczne, występuje pionowy (konwekcja) i poziomy (wiatr) ruch powietrza.

Można powiedzieć, że pogoda kształtuje się głównie w troposferze.

Stratosfera

Stratosfera- warstwa atmosfery znajdująca się nad troposferą na wysokości od 8 do 50 km. Kolor nieba w tej warstwie wydaje się fioletowy, co tłumaczy się rozrzedzeniem powietrza, dzięki czemu promienie słoneczne prawie się nie rozpraszają.

Stratosfera zawiera 20% masy atmosfery. Powietrze w tej warstwie jest rozrzedzone, praktycznie nie ma pary wodnej, dlatego prawie nie powstają chmury i opady. Jednak w stratosferze obserwuje się stabilne prądy powietrza, których prędkość dochodzi do 300 km/h.

Ta warstwa jest skoncentrowana ozon(ekran ozonowy, ozonosfera), warstwa pochłaniająca promienie ultrafioletowe, zapobiegająca ich przechodzeniu na Ziemię, a tym samym chroniąca żywe organizmy na naszej planecie. Dzięki ozonowi temperatura powietrza na górnej granicy stratosfery mieści się w zakresie od -50 do 4-55 °C.

Pomiędzy mezosferą a stratosferą znajduje się strefa przejściowa - stratopauza.

Mezosfera

Mezosfera- warstwa atmosfery znajdująca się na wysokości 50-80 km. Gęstość powietrza jest tu 200 razy mniejsza niż na powierzchni Ziemi. Kolor nieba w mezosferze wydaje się czarny, gwiazdy widoczne są w ciągu dnia. Temperatura powietrza spada do -75 (-90)°С.

Na wysokości 80 km zaczyna się termosfera. Temperatura powietrza w tej warstwie gwałtownie wzrasta do wysokości 250 m, a następnie staje się stała: na wysokości 150 km osiąga 220-240°C; na wysokości 500-600 km przekracza 1500 °C.

W mezosferze i termosferze pod wpływem promieni kosmicznych cząsteczki gazu rozpadają się na naładowane (zjonizowane) cząsteczki atomów, dlatego ta część atmosfery nazywa się jonosfera- warstwa bardzo rozrzedzonego powietrza, znajdująca się na wysokości od 50 do 1000 km, składająca się głównie ze zjonizowanych atomów tlenu, cząsteczek tlenku azotu i wolnych elektronów. Warstwa ta charakteryzuje się dużym naelektryzowaniem, a fale radiowe o długich i średnich częstotliwościach odbijają się od niej jak od lustra.

W jonosferze powstają zorze polarne – poświata rozrzedzonych gazów pod wpływem naładowanych elektrycznie cząstek odlatujących ze Słońca – i obserwuje się ostre fluktuacje pola magnetycznego.

Egzosfera

Egzosfera- zewnętrzna warstwa atmosfery, położona powyżej 1000 km. Warstwa ta nazywana jest również sferą rozpraszającą, ponieważ cząsteczki gazu poruszają się tu z dużą prędkością i mogą zostać rozproszone w przestrzeni kosmicznej.

Skład atmosfery

Atmosfera to mieszanina gazów składająca się z azotu (78,08%), tlenu (20,95%), dwutlenku węgla (0,03%), argonu (0,93%), niewielkiej ilości helu, neonu, ksenonu, kryptonu (0,01%), ozon i inne gazy, ale ich zawartość jest znikoma (tab. 1). Współczesny skład powietrza na Ziemi został ustalony ponad sto milionów lat temu, ale gwałtownie zwiększona działalność produkcyjna człowieka doprowadziła jednak do jego zmiany. Obecnie obserwuje się wzrost zawartości CO 2 o około 10-12%.

Gazy tworzące atmosferę pełnią różne role funkcjonalne. Jednak o głównym znaczeniu tych gazów decyduje przede wszystkim fakt, że bardzo silnie pochłaniają energię promieniowania i tym samym mają znaczący wpływ na reżim temperaturowy Powierzchnia i atmosfera Ziemi.

Tabela 1. Skład chemiczny suche powietrze atmosferyczne w pobliżu powierzchni ziemi

Azot, najpopularniejszy gaz w atmosferze, mało aktywny chemicznie.

Tlen, w przeciwieństwie do azotu, jest pierwiastkiem bardzo aktywnym chemicznie. Specyficzną funkcją tlenu jest utlenianie materia organiczna organizmy heterotroficzne, skały oraz niedotlenione gazy emitowane do atmosfery przez wulkany. Bez tlenu nie byłoby rozkładu martwej materii organicznej.

Rola dwutlenku węgla w atmosferze jest wyjątkowo duża. Wnika do atmosfery w wyniku procesów spalania, oddychania organizmów żywych, rozkładu i jest przede wszystkim głównym budulcem do tworzenia materii organicznej podczas fotosyntezy. Ponadto duże znaczenie ma właściwość dwutlenku węgla do przepuszczania krótkofalowego promieniowania słonecznego i pochłaniania części termicznego promieniowania długofalowego, co spowoduje powstanie tzw. Efekt cieplarniany, które zostaną omówione poniżej.

Wpływ na procesy atmosferyczne, zwłaszcza na reżim termiczny stratosfery, ma również: ozon. Gaz ten pełni funkcję naturalnego pochłaniacza słonecznego promieniowania ultrafioletowego, a pochłanianie promieniowania słonecznego prowadzi do nagrzewania powietrza. Średnie miesięczne wartości całkowitej zawartości ozonu w atmosferze wahają się w zależności od szerokości geograficznej obszaru i pory roku w granicach 0,23-0,52 cm (jest to grubość warstwy ozonowej przy ciśnieniu gruntu i temperaturze). Następuje wzrost zawartości ozonu od równika do biegunów i kurs roczny z minimum jesienią i maksimum wiosną.

Charakterystyczną właściwość atmosfery można nazwać faktem, że zawartość głównych gazów (azotu, tlenu, argonu) zmienia się nieznacznie wraz z wysokością: na wysokości 65 km w atmosferze zawartość azotu wynosi 86%, tlen - 19 , argon - 0,91, na wysokości 95 km - azot 77, tlen - 21,3, argon - 0,82%. Stałość składu powietrza atmosferycznego w pionie i poziomie utrzymuje się poprzez jego mieszanie.

Oprócz gazów powietrze zawiera para wodna oraz cząstki stałe. Te ostatnie mogą mieć zarówno naturalne, jak i sztuczne (antropogeniczne) pochodzenie. Są to pyłki kwiatowe, drobne kryształki soli, kurz drogowy, zanieczyszczenia aerozolowe. Kiedy promienie słoneczne wpadają przez okno, można je zobaczyć gołym okiem.

Szczególnie dużo pyłów zawieszonych jest w powietrzu miast i dużych ośrodków przemysłowych, gdzie do aerozoli dodawane są emisje szkodliwych gazów i ich zanieczyszczeń powstających podczas spalania paliw.

Stężenie aerozoli w atmosferze decyduje o przezroczystości powietrza, co wpływa na promieniowanie słoneczne docierające do powierzchni Ziemi. Największe aerozole to jądra kondensacji (od łac. kondensacja- zagęszczanie, zagęszczanie) - przyczyniają się do przemiany pary wodnej w kropelki wody.

O wartości pary wodnej decyduje przede wszystkim fakt, że opóźnia ona długofalowe promieniowanie cieplne powierzchni ziemi; reprezentuje główne ogniwo dużych i małych cykli wilgotności; podnosi temperaturę powietrza podczas kondensacji łóżek wodnych.

Ilość pary wodnej w atmosferze zmienia się w czasie i przestrzeni. Stężenie pary wodnej przy powierzchni ziemi waha się więc od 3% w tropikach do 2-10 (15)% na Antarktydzie.

Średnia zawartość pary wodnej w pionowej kolumnie atmosfery w umiarkowanych szerokościach geograficznych wynosi około 1,6-1,7 cm (warstwa skroplonej pary wodnej będzie miała taką grubość). Informacje o parze wodnej w różnych warstwach atmosfery są sprzeczne. Założono np., że w zakresie wysokości od 20 do 30 km wilgotność właściwa silnie wzrasta wraz z wysokością. Jednak kolejne pomiary wskazują na większą suchość stratosfery. Najwyraźniej wilgotność właściwa w stratosferze w niewielkim stopniu zależy od wysokości i wynosi 2–4 mg/kg.

Zmienność zawartości pary wodnej w troposferze zależy od interakcji parowania, kondensacji i transportu poziomego. W wyniku kondensacji pary wodnej tworzą się i opadają chmury. opad atmosferyczny w postaci deszczu, gradu i śniegu.

Procesy przemian fazowych wody zachodzą głównie w troposferze, dlatego stosunkowo rzadko obserwuje się chmury w stratosferze (na wysokości 20-30 km) i mezosferze (w pobliżu mezopauzy), zwane macicą perłową i srebrem , natomiast chmury troposferyczne często pokrywają około 50% całej powierzchni Ziemi.

Ilość pary wodnej, która może być zawarta w powietrzu, zależy od temperatury powietrza.

1 m 3 powietrza o temperaturze -20 ° C może zawierać nie więcej niż 1 g wody; w 0 °C - nie więcej niż 5 g; przy +10 °С - nie więcej niż 9 g; przy +30 °С - nie więcej niż 30 g wody.

Wniosek: Im wyższa temperatura powietrza, tym więcej pary wodnej może zawierać.

Powietrze może być bogaty oraz nie nasycony parowy. Tak więc, jeśli w temperaturze +30 ° C 1 m3 powietrza zawiera 15 g pary wodnej, powietrze nie jest nasycone parą wodną; jeśli 30 g - nasycony.

Wilgotność bezwzględna- to ilość pary wodnej zawartej w 1 m 3 powietrza. Jest wyrażony w gramach. Na przykład, jeśli mówią „ wilgotność bezwzględna równy 15", oznacza to, że 1 m l zawiera 15 g pary wodnej.

Wilgotność względna- jest to stosunek (w procentach) rzeczywistej zawartości pary wodnej w 1 m 3 powietrza do ilości pary wodnej, jaka może być zawarta w 1 m L w danej temperaturze. Na przykład, jeśli przez radio nadawany jest raport pogodowy, że wilgotność względna wynosi 70%, oznacza to, że powietrze zawiera 70% pary wodnej, którą może utrzymać w danej temperaturze.

Im większa wilgotność względna powietrza, t. im powietrze jest bliższe nasycenia, tym bardziej prawdopodobne jest, że spadnie.

Zawsze wysoka (do 90%) wilgotność względna jest obserwowana w strefa równikowa, bo przebywa tam przez cały rok ciepło powietrze i następuje duże parowanie z powierzchni oceanów. Ta sama wysoka wilgotność względna występuje w regionach polarnych, ale tylko dlatego, że w niskie temperatury nawet niewielka ilość pary wodnej powoduje, że powietrze jest nasycone lub bliskie nasycenia. W umiarkowanych szerokościach geograficznych wilgotność względna zmienia się sezonowo - jest wyższa zimą i niższa latem.

Wilgotność względna powietrza jest szczególnie niska na pustyniach: 1 m 1 powietrza zawiera dwa do trzech razy mniej niż ilość pary wodnej możliwa w danej temperaturze.

Do pomiaru wilgotność względna użyj higrometru (z greckiego hygros - mokry i metroco - mierzę).

Po ochłodzeniu nasycone powietrze nie może zatrzymać w sobie takiej samej ilości pary wodnej, gęstnieje (kondensuje), zamieniając się w kropelki mgły. Mgła może być obserwowana latem w pogodną chłodną noc.

Chmury- to ta sama mgła, tyle że powstaje nie na powierzchni ziemi, ale na pewnej wysokości. Gdy powietrze unosi się, ochładza się, a zawarta w nim para wodna ulega kondensacji. Powstałe maleńkie kropelki wody tworzą chmury.

zaangażowany w tworzenie chmur cząstki stałe zawieszony w troposferze.

Chmury mogą mieć inny kształt, który zależy od warunków ich powstawania (tab. 14).

Najniższe i najcięższe chmury to stratus. Znajdują się na wysokości 2 km od powierzchni ziemi. Na wysokości od 2 do 8 km można zaobserwować bardziej malownicze chmury Cumulus. Najwyższe i najlżejsze są chmury cirrus. Znajdują się na wysokości od 8 do 18 km nad powierzchnią ziemi.

Ochrona atmosfery

Głównym źródłem są przedsiębiorstwa przemysłowe i samochody. W dużych miastach problem zanieczyszczenia gazem głównych autostrady jest bardzo ostry. Dlatego w wielu główne miasta na całym świecie, w tym w naszym kraju, wprowadzono kontrolę środowiskową toksyczności spalin samochodowych. Zdaniem ekspertów dym i kurz w powietrzu mogą zmniejszyć o połowę przepływ energii słonecznej do powierzchni ziemi, co doprowadzi do zmiany warunków naturalnych.

Przestrzeń jest wypełniona energią. Energia nierównomiernie wypełnia przestrzeń. Są miejsca jego koncentracji i rozładowania. W ten sposób możesz oszacować gęstość. Planeta jest układem uporządkowanym, z maksymalną gęstością materii w centrum i stopniowym spadkiem koncentracji w kierunku obrzeży. Siły oddziaływania określają stan materii, formę, w jakiej istnieje. Fizyka opisuje ogólny stan substancji: solidny, ciecz, gaz i tak dalej.

Atmosfera jest medium gazowym otaczającym planetę. Atmosfera Ziemi umożliwia swobodny ruch i przepuszcza światło, tworząc przestrzeń, w której kwitnie życie.

Obszar od powierzchni ziemi do wysokości około 16 kilometrów (mniej od równika do biegunów, również zależy od pory roku) nazywany jest troposferą. Troposfera to warstwa zawierająca około 80% powietrza w atmosferze i prawie całą parę wodną. To tutaj zachodzą procesy, które kształtują pogodę. Ciśnienie i temperatura spadają wraz z wysokością. Przyczyną spadku temperatury powietrza jest proces adiabatyczny, gdy gaz rozpręża się, ochładza się. Na górnej granicy troposfery wartości mogą sięgać -50, -60 stopni Celsjusza.

Dalej jest Stratosfera. Rozciąga się do 50 kilometrów. W tej warstwie atmosfery temperatura wzrasta wraz z wysokością, osiągając w najwyższym punkcie wartość około 0 C. Wzrost temperatury spowodowany jest procesem absorpcji warstwa ozonowa promienie ultrafioletowe. Promieniowanie powoduje reakcję chemiczną. Cząsteczki tlenu rozkładają się na pojedyncze atomy, które mogą łączyć się z normalnymi cząsteczkami tlenu, tworząc ozon.

Promieniowanie słoneczne o długości fali od 10 do 400 nanometrów jest klasyfikowane jako ultrafioletowe. Im krótsza długość fali promieniowania UV, tym większe zagrożenie dla żywych organizmów. Tylko niewielka część promieniowania dociera do powierzchni Ziemi, co więcej, do mniej aktywnej części jej widma. Ta cecha natury pozwala uzyskać zdrową opaleniznę.

Kolejna warstwa atmosfery to mezosfera. Granice od około 50 km do 85 km. W mezosferze stężenie ozonu, który może zatrzymywać energię UV, jest niskie, więc temperatura zaczyna spadać wraz z wysokością. W punkcie szczytowym temperatura spada do -90 C, niektóre źródła podają wartość -130 C. Większość meteoroidów spala się w tej warstwie atmosfery.

Warstwa atmosfery, która rozciąga się od wysokości 85 km do odległości 600 km od Ziemi, nazywana jest termosferą. Termosfera jako pierwsza napotyka promieniowanie słoneczne, w tym tzw. ultrafiolet próżniowy.

Próżniowe promieniowanie UV jest opóźniane przez powietrze, ogrzewając w ten sposób tę warstwę atmosfery do ogromnych temperatur. Jednakże, ponieważ ciśnienie tutaj jest niezwykle niskie, ten pozornie żarzący się gaz nie ma takiego samego wpływu na obiekty, jak w warunkach na powierzchni Ziemi. Wręcz przeciwnie, przedmioty umieszczone w takim środowisku ostygną.

Na wysokości 100 km przechodzi linia warunkowa „Linia Karmana”, która jest uważana za początek kosmosu.

Zorze polarne występują w termosferze. W tej warstwie atmosfery wiatr słoneczny oddziałuje z polem magnetycznym planety.

Ostatnią warstwą atmosfery jest egzosfera, zewnętrzna powłoka rozciągająca się na tysiące kilometrów. Egzosfera jest praktycznie pustym miejscem, jednak liczba wędrujących tu atomów jest o rząd wielkości większa niż w przestrzeni międzyplanetarnej.

Osoba oddycha powietrzem. Ciśnienie normalne - 760 milimetrów kolumna rtęci. Na wysokości 10 000 m ciśnienie wynosi około 200 mm. rt. Sztuka. Na tej wysokości człowiek prawdopodobnie może oddychać, przynajmniej nie przez długi czas, ale wymaga to przygotowania. Państwo będzie oczywiście niesprawne.

Skład gazowy atmosfery: 78% azotu, 21% tlenu, około jednego procenta argonu, wszystko inne to mieszanina gazów stanowiąca najmniejszy ułamek całości.

STRUKTURA ATMOSFERY

Atmosfera(z innego greckiego ἀτμός - para i σφαῖρα - kula) - gazowa powłoka (geosfera) otaczająca planetę Ziemię. Jego wewnętrzna powierzchnia pokrywa hydrosferę i częściowo skorupę ziemską, podczas gdy jej zewnętrzna powierzchnia graniczy z przyziemną częścią przestrzeni kosmicznej.

Właściwości fizyczne

Grubość atmosfery wynosi około 120 km od powierzchni Ziemi. Całkowita masa powietrza w atmosferze wynosi (5,1-5,3) 10 18 kg. Spośród nich masa suchego powietrza wynosi (5,1352 ± 0,0003) 10 18 kg, całkowita masa pary wodnej wynosi średnio 1,27 10 16 kg.

Masa molowa czystego suchego powietrza wynosi 28,966 g/mol, gęstość powietrza przy powierzchni morza wynosi około 1,2 kg/m 3 . Ciśnienie w temperaturze 0 °C na poziomie morza wynosi 101,325 kPa; temperatura krytyczna - -140,7 ° C; ciśnienie krytyczne - 3,7 MPa; C p w 0 °C - 1,0048 10 3 J/(kg K), C v - 0,7159 10 3 J/(kg K) (w 0 ° C). Rozpuszczalność powietrza w wodzie (wagowo) w 0°C - 0,0036%, w 25°C - 0,0023%.

Za „normalne warunki” na powierzchni Ziemi przyjmuje się: gęstość 1,2 kg/m3, ciśnienie barometryczne 101,35 kPa, temperaturę plus 20°C i wilgotność względną 50%. Te wskaźniki warunkowe mają wartość czysto inżynieryjną.

Struktura atmosfery

Atmosfera ma strukturę warstwową. Warstwy atmosfery różnią się między sobą temperaturą powietrza, jego gęstością, ilością pary wodnej w powietrzu i innymi właściwościami.

Troposfera(starożytne greckie τρόπος - „skręt”, „zmiana” i σφαῖρα - „kula”) - dolna, najlepiej zbadana warstwa atmosfery, o wysokości 8-10 km w regionach polarnych, do 10-12 km w umiarkowanych szerokościach geograficznych, na równiku - 16-18 km.

Podczas wzrostu w troposferze temperatura spada średnio o 0,65 K na 100 m i osiąga 180-220 K w górnej części. Ta górna warstwa troposfery, w której zatrzymuje się spadek temperatury wraz z wysokością, nazywana jest tropopauzą. Kolejna warstwa atmosfery nad troposferą nazywana jest stratosferą.

Ponad 80% całkowitej masy powietrza atmosferycznego jest skoncentrowane w troposferze, turbulencje i konwekcja są silnie rozwinięte, przeważająca część pary wodnej jest skoncentrowana, powstają chmury, tworzą się również fronty atmosferyczne, rozwijają się cyklony i antycyklony oraz inne procesy determinujące pogodę i klimat. Procesy zachodzące w troposferze wynikają przede wszystkim z konwekcji.

Część troposfery, w której mogą tworzyć się lodowce na powierzchni Ziemi, nazywa się chionosferą.

tropopauza(z greckiego τροπος - obrót, zmiana i παῦσις - stop, ustanie) - warstwa atmosfery, w której zatrzymuje się spadek temperatury wraz z wysokością; warstwa przejściowa od troposfery do stratosfery. W atmosferze ziemskiej tropopauza znajduje się na wysokościach od 8-12 km (nad poziomem morza) w rejonach polarnych i do 16-18 km nad równikiem. Wysokość tropopauzy zależy również od pory roku (tropopauza jest wyższa latem niż zimą) i aktywności cyklonowej (niższa w cyklonach i wyższa w antycyklonach)

Grubość tropopauzy waha się od kilkuset metrów do 2-3 kilometrów. W subtropikach obserwuje się pęknięcia tropopauzy z powodu silnych strumieni odrzutowych. Tropauza na niektórych obszarach jest często niszczona i ponownie formowana.

Stratosfera(z warstwy łacińskiej - podłoga, warstwa) - warstwa atmosfery, położona na wysokości od 11 do 50 km. Typowa jest niewielka zmiana temperatury w warstwie 11-25 km (dolna warstwa stratosfery) i jej wzrost w warstwie 25-40 km z -56,5 do 0,8 °C (górna warstwa stratosfery lub region inwersji). Po osiągnięciu wartości około 273 K (prawie 0 °C) na wysokości około 40 km, temperatura pozostaje stała do wysokości około 55 km. Ten obszar stałej temperatury nazywany jest stratopauzą i stanowi granicę między stratosferą a mezosferą. Gęstość powietrza w stratosferze jest dziesiątki i setki razy mniejsza niż na poziomie morza.

To właśnie w stratosferze znajduje się warstwa ozonosfery („warstwa ozonowa”) (na wysokości od 15-20 do 55-60 km), która wyznacza górną granicę życia w biosferze. Ozon (O 3 ) powstaje najintensywniej w wyniku reakcji fotochemicznych na wysokości ~30 km. Całkowita masa O 3 byłaby przy normalne ciśnienie warstwa o grubości 1,7-4,0 mm, ale nawet to wystarczy, aby pochłonąć szkodliwe dla życia promieniowanie ultrafioletowe słońca. Zniszczenie O 3 następuje, gdy oddziałuje z wolnymi rodnikami, NO, związkami zawierającymi halogeny (w tym „freony”).

Większość krótkofalowej części promieniowania ultrafioletowego (180-200 nm) jest zatrzymywana w stratosferze, a energia fal krótkich jest przekształcana. Pod wpływem tych promieni pola magnetyczne, cząsteczki rozpadają się, następuje jonizacja, tworzenie się nowych gazów i innych związków chemicznych. Procesy te można zaobserwować w postaci zorzy polarnej, błyskawic i innych poświat.

W stratosferze i warstwach wyższych pod wpływem promieniowania słonecznego cząsteczki gazu dysocjują - na atomy (powyżej 80 km, CO 2 i H 2 dysocjują, powyżej 150 km - O 2, powyżej 300 km - N 2). Na wysokości 200-500 km jonizacja gazów zachodzi również w jonosferze, na wysokości 320 km stężenie naładowanych cząstek (O+2, O-2, N+2) wynosi ~1/300 stężenie cząstek obojętnych. W górnych warstwach atmosfery znajdują się wolne rodniki - OH, HO 2 itp.

W stratosferze prawie nie ma pary wodnej.

Loty do stratosfery rozpoczęły się w latach 30. XX wieku. Powszechnie znany jest lot pierwszym balonem stratosferycznym (FNRS-1), który Auguste Picard i Paul Kipfer wykonali 27 maja 1931 r. na wysokość 16,2 km. Współczesne samoloty bojowe i naddźwiękowe samoloty komercyjne latają w stratosferze na wysokościach na ogół do 20 km (chociaż pułap dynamiczny może być znacznie wyższy). Balony pogodowe na dużych wysokościach wznoszą się do 40 km; rekord dla balonu bezzałogowego wynosi 51,8 km.

Ostatnio w kręgach wojskowych Stanów Zjednoczonych wiele uwagi poświęca się rozwojowi warstw stratosfery powyżej 20 km, często nazywanych „przedprzestrzenią” (inż. « blisko kosmosu» ). Zakłada się, że bezzałogowe sterowce i samoloty napędzane energią słoneczną (takie jak NASA Pathfinder) będą w stanie długi czas znajdować się na wysokości około 30 km i zapewniać nadzór i łączność na bardzo dużych obszarach, pozostając jednocześnie mało podatnym na systemy obrony powietrznej; takie urządzenia będą wielokrotnie tańsze niż satelity.

Stratopauza- warstwa atmosfery, która jest granicą między dwiema warstwami, stratosferą i mezosferą. W stratosferze temperatura wzrasta wraz z wysokością, a stratopauza to warstwa, w której temperatura osiąga maksimum. Temperatura stratopauzy wynosi około 0°C.

Zjawisko to obserwuje się nie tylko na Ziemi, ale także na innych planetach z atmosferą.

Na Ziemi stratopauza znajduje się na wysokości 50-55 km nad poziomem morza. Ciśnienie atmosferyczne wynosi około 1/1000 ciśnienia na poziomie morza.

Mezosfera(z greckiego μεσο- - „środek” i σφαῖρα - „kula”, „kula”) - warstwa atmosfery na wysokościach od 40-50 do 80-90 km. Charakteryzuje się wzrostem temperatury wraz z wysokością; temperatura maksymalna (około +50°C) znajduje się na wysokości około 60 km, po czym temperatura zaczyna spadać do -70° lub -80°C. Taki spadek temperatury związany jest z energetyczną absorpcją promieniowania słonecznego (promieniowania) przez ozon. Termin został przyjęty przez Unię Geograficzną i Geofizyczną w 1951 roku.

Skład gazowy mezosfery, jak również dolnych warstw atmosfery, jest stały i zawiera około 80% azotu i 20% tlenu.

Mezosfera jest oddzielona od leżącej poniżej stratosfery stratopauzą, a od leżącej powyżej termosfery mezopauzą. Mezopauza w zasadzie pokrywa się z turbopauzą.

Meteory zaczynają świecić i z reguły całkowicie wypalają się w mezosferze.

W mezosferze mogą pojawić się ciemne chmury.

W przypadku lotów mezosfera jest rodzajem „martwej strefy” - powietrze jest tutaj zbyt rozrzedzone, aby obsługiwać samoloty lub balony (na wysokości 50 km gęstość powietrza jest 1000 razy mniejsza niż na poziomie morza), a jednocześnie czas zbyt gęsty na sztuczne loty satelity na tak niskiej orbicie. Bezpośrednie badania mezosfery prowadzone są głównie za pomocą suborbitalnych rakiet meteorologicznych; ogólnie mezosfera była badana gorzej niż inne warstwy atmosfery, w związku z czym naukowcy nazwali ją „ignorosferą”.

mezopauza

mezopauza Warstwa atmosfery oddzielająca mezosferę i termosferę. Na Ziemi znajduje się na wysokości 80-90 km nad poziomem morza. W mezopauzie panuje temperatura minimalna, która wynosi około -100°C. Poniżej (zaczynając od wysokości ok. 50 km) temperatura spada wraz z wysokością, powyżej (do wysokości ok. 400 km) ponownie się podnosi. Mezopauza pokrywa się z dolną granicą obszaru aktywnej absorpcji promieniowania rentgenowskiego i promieniowania ultrafioletowego Słońca o najkrótszej długości fali. Na tej wysokości obserwuje się srebrzyste chmury.

Mezopauza istnieje nie tylko na Ziemi, ale także na innych planetach posiadających atmosferę.

Linia Karmana- wysokość nad poziomem morza, którą umownie przyjmuje się jako granicę między atmosferą ziemską a przestrzenią.

Zgodnie z definicją Fédération Aéronautique Internationale (FAI), Linia Karmana znajduje się na wysokości 100 km nad poziomem morza.

Wysokość została nazwana na cześć Theodora von Karmana, amerykańskiego naukowca pochodzenia węgierskiego. Jako pierwszy ustalił, że mniej więcej na tej wysokości atmosfera staje się tak rozrzedzona, że ​​aeronautyka staje się niemożliwa, ponieważ prędkość samolotu, niezbędna do wytworzenia wystarczającej siły nośnej, staje się większa niż pierwsza prędkość kosmiczna, a zatem w celu osiągnięcia wyższych wysokościach konieczne jest wykorzystanie środków astronautyki.

Atmosfera ziemska trwa dalej poza linią Karmana. zewnętrzna część atmosfera ziemska, egzosfera, rozciąga się na wysokość 10 tys. km lub więcej, na takiej wysokości atmosfera składa się głównie z atomów wodoru, które mogą opuścić atmosferę.

Dotarcie do Linii Karmana było pierwszym warunkiem przyznania Nagrody Ansari X, gdyż jest to podstawa do uznania lotu za lot kosmiczny.