Kõik, kes on lennukiga lennanud, on sellise sõnumiga harjunud: "meie lend toimub 10 000 m kõrgusel, väljas on temperatuur 50 ° C." Tundub, et pole midagi erilist. Mida kaugemal Päikese poolt soojendatavast Maa pinnast, seda külmem on see. Paljud inimesed arvavad, et temperatuur langeb pidevalt kõrgusega ja temperatuur järk-järgult langeb, lähenedes ruumi temperatuurile. Muide, teadlased arvasid nii kuni 19. sajandi lõpuni.
Vaatame lähemalt õhutemperatuuri jaotumist Maa kohal. Atmosfäär jaguneb mitmeks kihiks, mis peegeldavad eelkõige temperatuurimuutuste olemust.
Atmosfääri alumist kihti nimetatakse troposfäär, mis tähendab "pöörlemissfääri". Kõik ilmastiku- ja kliimamuutused on selle tagajärg füüsikalised protsessid, mis esineb just selles kihis. Selle kihi ülemine piir asub kohas, kus temperatuuri langus kõrgusega asendub selle tõusuga - ligikaudu 15-16 km kõrgusel ekvaatorist ja 7-8 km kõrgusel pooluste kohal. Nagu Maa ise, on ka atmosfäär meie planeedi pöörlemise mõjul pooluste kohal mõnevõrra lapik ja paisub ekvaatori kohal. Kuid see mõju väljendub atmosfääris palju tugevamalt kui Maa tahkes kestas. Maa pinnalt troposfääri ülemise piiri suunas õhutemperatuur langeb. Ekvaatori kohal on minimaalne õhutemperatuur umbes -62°C, pooluste kohal umbes -45°C. Parasvöötme laiuskraadidel asub üle 75% atmosfääri massist troposfääris. Troopikas asub umbes 90% atmosfääri massist troposfääris.
1899. aastal leiti vertikaalses temperatuuriprofiilis teatud kõrgusel miinimum ja seejärel temperatuur veidi tõusis. Selle tõusu algus tähendab üleminekut järgmisele atmosfääri kihile - kuni stratosfäär, mis tähendab "kihi sfäär" tähendab ja peegeldab varasemat ideed troposfääri kohal asuva kihi ainulaadsusest Omapäraks on eelkõige õhutemperatuuri järsk tõus. Seda temperatuuri tõusu seletatakse osooni moodustumise reaktsiooniga üks peamisi keemilised reaktsioonid atmosfääris esinev.
Suurem osa osoonist on koondunud ligikaudu 25 km kõrgusele, kuid üldiselt on osoonikiht väga veniv kest, mis katab peaaegu kogu stratosfääri. Hapniku koostoime ultraviolettkiirtega on üks kasulikke protsesse Maa atmosfääris, mis aitab kaasa elu säilimisele Maal. Selle energia neeldumine osooni poolt takistab selle liigset voolamist maapinnale, kus tekib täpselt maapealsete eluvormide eksisteerimiseks sobiv energiatase. Osonosfäär neelab osa atmosfääri läbivast kiirgusenergiast. Selle tulemusena tekib osonosfääris vertikaalne õhutemperatuuri gradient ligikaudu 0,62 °C 100 m kohta, st temperatuur tõuseb kõrgusega kuni stratosfääri ülemise piirini - stratopausini (50 km), ulatudes vastavalt mõned andmed, 0 °C.
50–80 km kõrgusel on atmosfäärikiht, mida nimetatakse mesosfäär. Sõna "mesosfäär" tähendab "vahesfääri", kus õhutemperatuur jätkab langust kõrgusega. Mesosfääri kohal kihis nn termosfäär, tõuseb temperatuur uuesti kõrgusega kuni umbes 1000 °C ja langeb seejärel väga kiiresti -96 °C-ni. Kuid see ei lange lõputult, siis tõuseb temperatuur uuesti.
Termosfäär on esimene kiht ionosfäär. Erinevalt eelnevalt mainitud kihtidest ei erista ionosfääri temperatuuri järgi. Ionosfäär on elektrilise iseloomuga ala, mis teeb võimalikuks mitut tüüpi raadioside. Ionosfäär on jagatud mitmeks kihiks, mis on tähistatud tähtedega D, E, F1 ja F2. Nendel kihtidel on ka spetsiaalsed nimed. Kihtideks eraldumist põhjustavad mitmed põhjused, millest kõige olulisem on kihtide ebavõrdne mõju raadiolainete läbilaskvusele. Alumine kiht D neelab peamiselt raadiolaineid ja takistab seeläbi nende edasist levimist. Kõige paremini uuritud kiht E asub umbes 100 km kõrgusel maapinnast. Seda nimetatakse ka Kennelly-Heaviside kihiks Ameerika ja Inglise teadlaste nimede järgi, kes selle samaaegselt ja iseseisvalt avastasid. Kiht E, nagu hiiglaslik peegel, peegeldab raadiolaineid. Tänu sellele kihile levivad pikad raadiolained kaugemale, kui nad leviksid ainult sirgjooneliselt, ilma E-kihilt peegeldumata. Seda nimetatakse ka Appletoni kihiks. Koos Kennelly-Heaviside kihiga peegeldab see raadiolaineid maapealsetele raadiojaamadele. Selline peegeldus võib toimuda erinevate nurkade all. Appletoni kiht asub umbes 240 km kõrgusel.
Sageli nimetatakse atmosfääri äärepoolseimat piirkonda, ionosfääri teist kihti eksosfäär. See termin viitab kosmose äärealadele Maa lähedal. Raske on täpselt kindlaks teha, kus atmosfäär lõpeb ja ruum algab, kuna kõrgusega väheneb atmosfäärigaaside tihedus järk-järgult ja atmosfäär ise muutub järk-järgult peaaegu vaakumiks, milles leidub ainult üksikuid molekule. Juba ligikaudu 320 km kõrgusel on atmosfääri tihedus nii madal, et molekulid võivad üksteisega kokku põrkamata liikuda rohkem kui 1 km kaugusele. Selle ülemise piirina toimib atmosfääri välimine osa, mis asub 480–960 km kõrgusel.
Rohkem infot atmosfääris toimuvate protsesside kohta leiab kodulehelt “Maakliima”
Maa atmosfäär on heterogeenne: erinevatel kõrgustel on erinev õhutihedus ja -rõhk, muutub temperatuur ja gaasi koostis.
Lähtudes välisõhu temperatuuri käitumisest (st temperatuur tõuseb või langeb kõrgusega) eristatakse selles järgmisi kihte: troposfäär, stratosfäär, mesosfäär, termosfäär ja eksosfäär.
Kihtide vahelisi piire nimetatakse pausideks: neid on 4, sest eksosfääri ülemine piir on väga hägune ja viitab sageli lähiruumile. Atmosfääri üldise struktuuriga saab tutvuda lisatud diagrammil. Joon.1 Maa atmosfääri struktuur. Krediit: veebisait
Atmosfääri madalaim kiht on troposfäär, mille ülemist piiri nimetatakse tropopausiks, sõltuvalt
geograafiline laiuskraad
Kasvuhooneefekt on seotud õhutemperatuuri langusega troposfääris kõrgusega (kuna kuumutatud Maa eraldab pinnakihtidele rohkem soojust). Keskmine vertikaalne gradient on 0,65°/100 m (st õhutemperatuur langeb 0,65° C iga 100 tõusumeetri kohta). Seega, kui aasta keskmine õhutemperatuur Maa pinnal ekvaatori lähedal on +26°, siis ülemisel piiril -70°. Temperatuur põhjapooluse kohal asuvas tropopausi piirkonnas varieerub aastaringselt -45°-st suvel kuni -65°-ni talvel.
Kõrguse kasvades langeb ka õhurõhk, mis moodustab troposfääri ülemisel piiril vaid 12-20% maapinnalähedasest tasemest.
Troposfääri ja stratosfääri katva kihi piiril asub tropopausi kiht, paksusega 1-2 km. Tropopausi alumisteks piirideks peetakse tavaliselt õhukihti, mille vertikaalne gradient väheneb troposfääri aluspiirkondades 0,2°/100 m versus 0,65°/100 m.
Tropopausi ajal täheldatakse rangelt määratletud suuna õhuvoogusid, mida nimetatakse kõrgmäestiku jugavoogudeks või "jugavooludeks", mis moodustuvad Maa ümber oma telje pöörlemise ja atmosfääri kuumenemise mõjul päikesekiirguse osalusel. . Oluliste temperatuuride erinevustega tsoonide piiridel täheldatakse hoovusi. Nende hoovuste lokaliseerimise keskusi on mitu, näiteks arktilised, subtroopilised, subpolaarsed ja teised. Teadmised reaktiivvoogude lokaliseerimisest on meteoroloogia ja lennunduse jaoks väga olulised: esimene kasutab vooge täpsemaks ilmaennustamiseks, teine lennukite lennumarsruutide konstrueerimiseks, sest Voolude piiridel on väikeste keeristega sarnased tugevad turbulentsed keerised, mida nimetatakse "selge taeva turbulentsiks", kuna neil kõrgustel pilved puuduvad.
Kõrgmäestiku jugavoolude mõjul tekivad tropopausis sageli katkestused, mis kohati kaovad üldse, kuigi tekib siis uuesti. Eriti sageli täheldatakse seda subtroopilistel laiuskraadidel, kus domineerib võimas subtroopiline kõrghoovus. Lisaks põhjustab tropopausi kihtide erinevus ümbritseva õhu temperatuuril tühimike. Näiteks on suur lõhe troopiliste laiuskraadide sooja ja madala polaarse tropopausi ning kõrge ja külma tropopausi vahel. IN viimasel ajal Samuti paistab silma parasvöötme laiuskraadide tropopausikiht, millel on katkestused kahe eelmise kihiga: polaarse ja troopilise.
Maa atmosfääri teine kiht on stratosfäär.
Stratosfääri võib laias laastus jagada kaheks piirkonnaks.
Neist esimest, mis asub kuni 25 km kõrgusel, iseloomustavad peaaegu püsivad temperatuurid, mis on võrdsed troposfääri ülemiste kihtide temperatuuridega teatud piirkonnas. Teist piirkonda ehk inversioonipiirkonda iseloomustab õhutemperatuuri tõus umbes 40 km kõrgusele. See tekib päikese ultraviolettkiirguse neeldumise tõttu hapniku ja osooni poolt. Stratosfääri ülaosas on temperatuur tänu sellele kuumenemisele sageli positiivne või isegi võrreldav maapinna õhu temperatuuriga.
Inversioonipiirkonna kohal on konstantsete temperatuuride kiht, mida nimetatakse stratopausiks ja mis on stratosfääri ja mesosfääri vaheline piir.
Selle paksus ulatub 15 km-ni. Erinevalt troposfäärist on turbulentsed häired stratosfääris haruldased, kuid pooluste poole suunatud kitsastes vööndites puhuvad tugevad horisontaalsed tuuled või jugavoolud. Nende tsoonide asukoht ei ole konstantne: nad võivad nihkuda, laieneda või isegi kaduda. Sageli tungivad jugavoolud troposfääri ülemistesse kihtidesse või vastupidi, troposfääri õhumassid stratosfääri alumistesse kihtidesse.
Selline õhumasside segunemine on eriti tüüpiline atmosfäärifrontide piirkondades. Stratosfääris on vähe veeauru. Õhk on siin väga kuiv ja seetõttu tekib vähe pilvi. Vaid 20-25 km kõrgusel ja kõrgetel laiuskraadidel võib märgata üliõhukesi pärlmutterpilvi, mis koosnevad ülijahtunud veepiiskadest. Päeval neid pilvi näha ei ole, kuid pimeduse saabudes näivad need helendavat, kuna neid valgustab juba horisondi alla loojunud Päike. Samadel kõrgustel (20-25 km.) on madalamas stratosfääris nn osoonikiht - ala, kus
Stratosfääri kohal asuvat atmosfäärikihti nimetatakse mesosfääriks. Seda iseloomustab õhutemperatuuri langus kõrgusega keskmise vertikaalse gradiendiga 0,25–0,3°/100 m, mis põhjustab tugevat turbulentsi. Mesosfääri ülemistel piiridel, piirkonnas, mida nimetatakse mesopausiks, registreeriti temperatuurid kuni -138 ° C, mis on kogu Maa atmosfääri kui terviku absoluutne miinimum.
Siin, mesopausi sees, asub Päikesest tuleva röntgenikiirguse ja lühilainelise ultraviolettkiirguse aktiivse neeldumise piirkonna alumine piir. meeldib energiaprotsess nimetatakse kiirgussoojusülekandeks. Selle tulemusena gaas kuumutatakse ja ioniseeritakse, mis põhjustab atmosfääri hõõgumist.
Mesosfääri ülemistel piiridel 75–90 km kõrgusel täheldati erilisi pilvi, mis hõivasid planeedi polaaraladel suuri alasid. Neid pilvi nimetatakse noktilutsentideks, kuna need helendavad videvikus, mis on põhjustatud päikesevalguse peegeldumisest jääkristallidelt, millest need pilved koosnevad.
Õhurõhk mesopausis on 200 korda väiksem kui mesopausis maa pind. See viitab sellele, et peaaegu kogu atmosfääri õhk on koondunud selle kolme madalamasse kihti: troposfääri, stratosfääri ja mesosfääri. Katvad kihid, termosfäär ja eksosfäär, moodustavad vaid 0,05% kogu atmosfääri massist.
Termosfäär asub 90–800 km kõrgusel Maa pinnast.
Termosfääri iseloomustab pidev õhutemperatuuri tõus 200-300 km kõrgusele, kus see võib ulatuda 2500°C-ni. Temperatuur tõuseb tänu röntgenikiirguse ja Päikeselt tuleva lühilainelise ultraviolettkiirguse neeldumisele gaasimolekulide poolt. Üle 300 km üle merepinna temperatuuri tõus peatub.
Samaaegselt temperatuuri tõusuga väheneb rõhk ja sellest tulenevalt ka ümbritseva õhu tihedus. Nii et kui termosfääri alumisel piiril on tihedus 1,8 × 10 -8 g/cm 3, siis ülemistel piiridel on see juba 1,8 × 10 -15 g/cm 3, mis vastab ligikaudu 10 miljonile - 1 miljardile osakesele. 1 cm3 kohta.
Kõik termosfääri omadused, nagu õhu koostis, temperatuur, tihedus, on tugevate kõikumiste all: olenevalt geograafilisest asukohast, aastaajast ja kellaajast. Isegi termosfääri ülemise piiri asukoht muutub.
Atmosfääri ülemist kihti nimetatakse eksosfääriks ehk hajuvaks kihiks. Selle alumine piir muutub pidevalt väga laiades piirides; Keskmiseks kõrguseks on võetud 690-800 km. See paigaldatakse sinna, kus saab tähelepanuta jätta molekulidevaheliste või aatomitevaheliste kokkupõrgete tõenäosus, s.t. keskmine vahemaa, mille kaootiliselt liikuv molekul läbib enne teise sarnase molekuliga kokkupõrget (nn vaba tee), on nii suur, et tegelikult ei põrka molekulid nullilähedase tõenäosusega kokku. Kihti, kus kirjeldatud nähtus esineb, nimetatakse termiliseks pausiks.
Eksosfääri ülemine piir asub 2-3 tuhande km kõrgusel. See on väga hägune ja muutub järk-järgult kosmoselähedaseks vaakumiks. Mõnikord peetakse sel põhjusel eksosfääri osaks kosmosest ja selle ülempiiriks peetakse 190 tuhande km kõrgust, mille juures päikesekiirguse rõhu mõju vesinikuaatomite kiirusele ületab vesinikuaatomite gravitatsioonilise külgetõmbejõu. Maa. See on nn Maa kroon, mis koosneb vesinikuaatomitest. Maa krooni tihedus on väga väike: vaid 1000 osakest kuupsentimeetri kohta, kuid see arv on üle 10 korra suurem kui osakeste kontsentratsioon planeetidevahelises ruumis.
Kuna eksosfääris on õhu äärmuslik haruldus, liiguvad osakesed ümber Maa elliptilistel orbiitidel ilma üksteisega kokku põrgamata. Mõned neist, liikudes mööda avatud või hüperboolseid trajektoore kosmilise kiirusega (vesiniku- ja heeliumiaatomid), lahkuvad atmosfäärist ja lähevad avakosmosesse, mistõttu nimetatakse eksosfääri hajusfääriks.
> Maa atmosfäär
Kirjeldus Maa atmosfäär igas vanuses lastele: millest õhk koosneb, gaaside olemasolu, fotodega kihid, päikesesüsteemi kolmanda planeedi kliima ja ilm.
Kõige väiksematele Juba on teada, et Maa on meie süsteemis ainus planeet, millel on elujõuline atmosfäär. Gaasitekk pole mitte ainult õhurikas, vaid kaitseb meid ka liigse kuumuse ja päikesekiirguse eest. Tähtis lastele seletada et süsteem on loodud uskumatult hästi, sest võimaldab pinnal päeval soojeneda ja öösel jahtuda, säilitades vastuvõetava tasakaalu.
Alusta selgitus lastele see on võimalik, sest Maa atmosfääri maakera ulatub üle 480 km, kuid enamus asub maapinnast 16 km kaugusel. Mida kõrgem on kõrgus, seda madalam on rõhk. Kui me võtame merepinna, siis seal on rõhk 1 kg ruutsentimeetri kohta. Kuid 3 km kõrgusel see muutub - 0,7 kg ruutsentimeetri kohta. Muidugi on sellistes tingimustes raskem hingata ( lapsed võiksite seda tunda, kui olete kunagi mägedes matkamas käinud).
Maa õhu koostis - selgitus lastele
Gaaside hulgas on:
- Lämmastik – 78%.
- hapnik – 21%.
- Argoon – 0,93%.
- Süsinikdioksiid – 0,038%.
- Väikestes kogustes on ka veeauru ja muid gaasilisi lisandeid.
Maa atmosfäärikihid - selgitus lastele
Vanemad või õpetajad koolis Tuletame meelde, et Maa atmosfäär jaguneb 5 tasandiks: eksosfäär, termosfäär, mesosfäär, stratosfäär ja troposfäär. Iga kihiga atmosfäär lahustub üha enam, kuni gaasid lõpuks kosmosesse hajuvad.
Troposfäär on pinnale kõige lähemal. 7-20 km paksusega moodustab see poole maakera atmosfäärist. Mida lähemale Maale, seda rohkem õhk soojeneb. Siia kogutakse peaaegu kogu veeaur ja tolm. Lapsed ei pruugi olla üllatunud, et pilved hõljuvad just sellel tasemel.
Stratosfäär algab troposfäärist ja tõuseb 50 km kõrgusele maapinnast. Siin on palju osooni, mis soojendab atmosfääri ja kaitseb kahjuliku päikesekiirguse eest. Õhk on 1000 korda õhem kui merepinnast kõrgemal ja ebatavaliselt kuiv. Seetõttu tunnevad lennukid end siin suurepäraselt.
Mesosfäär: 50–85 km kõrgusel maapinnast. Tipppunkti nimetatakse mesopausiks ja see on maakera atmosfääri jahedaim koht (-90°C). Seda on väga raske uurida, sest reaktiivlennukid ei pääse sinna ja satelliitide orbiidi kõrgus on liiga kõrge. Teadlased teavad ainult seda, et siin põlevad meteoorid.
Termosfäär: 90 km ja vahemikus 500-1000 km. Temperatuur ulatub 1500°C-ni. Seda peetakse Maa atmosfääri osaks, kuid see on oluline lastele seletada et siinne õhutihedus on nii madal, et suurem osa sellest tajutakse juba kosmosena. Tegelikult asuvad siin kosmosesüstikud ja rahvusvaheline kosmosejaam. Lisaks moodustuvad siin aurorad. Laetud kosmilised osakesed puutuvad kokku termosfääri aatomite ja molekulidega, kandes need üle kõrgemale energiatasemele. Tänu sellele näeme neid valguse footoneid aurora kujul.
Eksosfäär on kõrgeim kiht. Uskumatult õhuke joon atmosfääri ja ruumi sulandamiseks. Koosneb laialdaselt hajutatud vesiniku- ja heeliumiosakestest.
Maa kliima ja ilm – selgitus lastele
Kõige väiksematele vaja seletada et Maa suudab toetada paljusid elusliike tänu piirkondlikule kliimale, mida esindavad poolustel äärmuslik külm ja ekvaatoril troopiline soojus. Lapsed peaks teadma, et piirkondlik kliima on ilm, mis konkreetses piirkonnas püsib muutumatuna 30 aastat. Muidugi võib see mõnikord mõneks tunniks muutuda, kuid enamasti jääb see stabiilseks.
Lisaks eristatakse globaalset maakliimat - piirkondliku keskmist. Ta muutus läbivalt inimkonna ajalugu. Täna on kiire soojenemine. Teadlased löövad häirekella kasvuhoonegaaside põhjustatud inimtegevus, püüavad atmosfääri soojust, riskides muuta meie planeedi Veenuseks.
Atmosfäär
Atmosfäär on Maad ümbritsev gaasiline kest. Seda hoiab paigal Maa gravitatsioonijõud, mille mõjul koguneb suurem osa gaase maapinna kohal - atmosfääri madalaimas kihis - troposfääris.
Me elame atmosfääri madalaimas kihis. Lennukid lendavad kihis, mida nimetatakse atmosfääriks. Sellised nähtused nagu põhja- ja lõunapoolkera aurorad esinevad termosfääris. Üleval on ruum.
Atmosfääri kihid
Mitu kihti on atmosfääris?
Atmosfääril on viis peamist kihti. Madalaim kiht on troposfäär, mis asub maapinnast 18 km kõrgusel. Järgmine kiht on stratosfäär, mis ulatub 50 km kõrgusele ja kõrgem on mesosfäär, umbes 80 km kõrgusel maapinnast. Ülemist kihti nimetatakse termosfääriks. Mida kõrgemale tõused, seda tihedamaks muutub atmosfäär; üle 1000 km kaob maa atmosfäär peaaegu ja eksosfäär (väga haruldane viies kiht) läheb õhuvabasse ruumi.
Kuidas atmosfäär meid kaitseb?
Stratosfääris on osoonikiht (kolme hapnikuaatomi kombinatsioon), mis moodustab kaitsekilbi, mis blokeerib suurema osa kahjulikust ultraviolettkiirgusest. Atmosfääri serval on kaks Van Alleni vöödena tuntud kiirgustsooni, mis toimivad ka kosmiliste kiirte peegeldamiseks kilbina.
Miks taevas sinine?
Päikesest tulev valgus läbib atmosfääri ja hajub õhus olevatelt väikestelt tolmuosakestelt ja veeaurult peegeldudes. Nii jaguneb valge päikesevalgus spektriosadeks – vikerkaarevärvid hajuvad teistest kiiremini. Selle tulemusena näeme päikesespektris rohkem sinist kui ühtki teist värvi, mistõttu taevas tundub sinine.
Pilved muudavad kogu aeg kuju. Selle põhjuseks on tuul. Mõned tõusevad tohututes massides, teised meenutavad heledaid sulgi. Mõnikord katavad pilved taeva meie kohal täielikult.
10,045×10 3 J/(kg*K) (temperatuurivahemikus 0-100°C), C v 8,3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C). Õhu lahustuvus vees 0°C juures on 0,036%, 25°C juures - 0,22%.
Atmosfääri koostis
Atmosfääri kujunemise ajalugu
Varajane ajalugu
Praegu ei suuda teadus sajaprotsendilise täpsusega jälgida kõiki Maa tekkimise etappe. Levinuima teooria järgi on Maa atmosfäär olnud aja jooksul neli korda. mitmesugused kompositsioonid. Algselt koosnes see planeetidevahelisest ruumist püütud kergetest gaasidest (vesinik ja heelium). See on nn esmane atmosfäär. Järgmises etapis viis aktiivne vulkaaniline tegevus atmosfääri küllastumiseni muude gaasidega kui vesinik (süsivesinikud, ammoniaak, veeaur). Nii see moodustati sekundaarne atmosfäär. See õhkkond oli taastav. Lisaks määrasid atmosfääri moodustumise protsessi järgmised tegurid:
- vesiniku pidev lekkimine planeetidevahelisse ruumi;
- keemilised reaktsioonid, mis toimuvad atmosfääris ultraviolettkiirguse, äikeselahenduse ja mõnede muude tegurite mõjul.
Järk-järgult viisid need tegurid moodustumiseni tertsiaarne atmosfäär, mida iseloomustab palju väiksem vesiniku sisaldus ning palju suurem lämmastiku ja süsinikdioksiidi sisaldus (moodustub ammoniaagi ja süsivesinike keemiliste reaktsioonide tulemusena).
Elu ja hapniku tekkimine
Elusorganismide ilmumisega Maale fotosünteesi tulemusena, millega kaasnes hapniku eraldumine ja süsihappegaasi neeldumine, hakkas atmosfääri koostis muutuma. Siiski on andmeid (atmosfäärihapniku ja fotosünteesi käigus eralduva isotoopkoostise analüüs), mis näitavad õhuhapniku geoloogilist päritolu.
Algselt kulutati hapnikku redutseeritud ühendite - süsivesinike, ookeanides sisalduva raua raua jne oksüdeerimiseks. see etapp Hapnikusisaldus atmosfääris hakkas tõusma.
1990. aastatel tehti katseid suletud ökoloogilise süsteemi (“Biosfäär 2”) loomiseks, mille käigus ei olnud võimalik luua stabiilset ühtlase õhukoostisega süsteemi. Mikroorganismide mõju tõi kaasa hapnikutaseme languse ja süsihappegaasi hulga suurenemise.
Lämmastik
Haridus suur kogus N 2 on põhjustatud primaarse ammoniaagi-vesiniku atmosfääri oksüdeerumisest molekulaarse O 2-ga, mis hakkas planeedi pinnalt tulema fotosünteesi tulemusena, väidetavalt umbes 3 miljardit aastat tagasi (teise versiooni kohaselt on õhuhapnik geoloogilise päritoluga). Lämmastik oksüdeeritakse atmosfääri ülemistes kihtides NO-ks, kasutatakse tööstuses ja seotakse lämmastikku siduvate bakterite poolt, N2 aga satub atmosfääri nitraatide ja teiste lämmastikku sisaldavate ühendite denitrifikatsiooni tulemusena.
Lämmastik N 2 on inertgaas ja reageerib ainult teatud tingimustel (näiteks äikeselahenduse ajal). Tsüanobakterid ja mõned bakterid (näiteks mügarbakterid, mis moodustavad liblikõieliste taimedega risoobisümbioosi) võivad seda oksüdeerida ja muuta bioloogiliseks vormiks.
Molekulaarse lämmastiku oksüdeerimist elektrilahenduste abil kasutatakse lämmastikväetiste tööstuslikul tootmisel ning see viis ka ainulaadsete nitraadilademete tekkeni Tšiili Atacama kõrbes.
Väärisgaasid
Kütuse põletamine on peamine saastavate gaaside (CO, NO, SO2) allikas. Vääveldioksiid oksüdeeritakse atmosfääri ülemistes kihtides oleva õhu O 2 toimel SO 3-ks, mis interakteerub H 2 O ja NH 3 aurudega ning tekkinud H 2 SO 4 ja (NH 4) 2 SO 4 naasevad Maa pinnale. koos sademetega. Sisepõlemismootorite kasutamine põhjustab märkimisväärset atmosfääri saastumist lämmastikoksiidide, süsivesinike ja Pb-ühenditega.
Atmosfääri aerosoolsaaste on tingitud mõlemast looduslikust põhjusest (vulkaanipursked, tolmutormid, tilkade kaasahaaramine merevesi ja taimede õietolmuosakesed jne), ja majandustegevus inimesed (maagi kaevandamine ja ehitusmaterjalid, kütuse põletamine, tsemendi tootmine jne). Tahkete osakeste intensiivne ulatuslik emissioon atmosfääri on üks võimalikud põhjused muutused planeedi kliimas.
Atmosfääri struktuur ja üksikute kestade omadused
Atmosfääri füüsikalise seisundi määravad ilm ja kliima. Atmosfääri põhiparameetrid: õhu tihedus, rõhk, temperatuur ja koostis. Kõrguse kasvades väheneb õhutihedus ja atmosfäärirõhk. Temperatuur muutub ka kõrguse muutustega. Atmosfääri vertikaalset struktuuri iseloomustavad erinevad temperatuuri- ja elektriomadused ning erinevad õhutingimused. Sõltuvalt temperatuurist atmosfääris eristatakse järgmisi põhikihte: troposfäär, stratosfäär, mesosfäär, termosfäär, eksosfäär (hajumissfäär). Atmosfääri üleminekupiirkondi naaberkestade vahel nimetatakse vastavalt tropopausiks, stratopausiks jne.
Troposfäär
Stratosfäär
Stratosfääris jääb suurem osa ultraviolettkiirguse lühilainelisest osast (180-200 nm) alles ja lühilainete energia muundub. Nende kiirte mõjul muutuvad magnetväljad, molekulid lagunevad, toimub ioniseerumine, uute gaaside moodustumine jm. keemilised ühendid. Neid protsesse võib täheldada virmaliste, välkude ja muude helkide kujul.
Stratosfääris ja kõrgemates kihtides dissotsieeruvad päikesekiirguse mõjul gaasimolekulid aatomiteks (üle 80 km CO 2 ja H 2 dissotsieeruvad, üle 150 km - O 2, üle 300 km - H 2). 100-400 km kõrgusel toimub gaaside ionisatsioon ionosfääris ka 320 km kõrgusel, laetud osakeste (O + 2, O − 2, N + 2) kontsentratsioon on ~ 1/300; neutraalsete osakeste kontsentratsioon. Atmosfääri ülemistes kihtides on vabad radikaalid - OH, HO 2 jne.
Stratosfääris veeauru peaaegu pole.
Mesosfäär
Kuni 100 km kõrguseni on atmosfäär homogeenne, hästi segunenud gaaside segu. Kõrgemates kihtides sõltub gaaside jaotus kõrguse järgi nende molekulmassist, raskemate gaaside kontsentratsioon väheneb Maa pinnast kaugenedes kiiremini. Gaasi tiheduse vähenemise tõttu langeb temperatuur stratosfääris 0°C-lt mesosfääris −110°C-ni. Üksikute osakeste kineetiline energia 200-250 km kõrgusel vastab aga temperatuurile ~1500°C. Üle 200 km täheldatakse olulisi temperatuuri ja gaaside tiheduse kõikumisi ajas ja ruumis.
Umbes 2000-3000 km kõrgusel muutub eksosfäär järk-järgult nn lähiruumi vaakumiks, mis on täidetud planeetidevahelise gaasi väga haruldaste osakestega, peamiselt vesinikuaatomitega. Kuid see gaas moodustab vaid osa planeetidevahelisest ainest. Teine osa koosneb komeedi- ja meteoorilise päritoluga tolmuosakestest. Lisaks nendele üliharuldastele osakestele tungib sellesse ruumi ka päikese ja galaktilise päritoluga elektromagnetiline ja korpuskulaarne kiirgus.
Troposfäär moodustab umbes 80% atmosfääri massist, stratosfäär - umbes 20%; mesosfääri mass ei ületa 0,3%, termosfäär on alla 0,05% atmosfääri kogumassist. Atmosfääri elektriliste omaduste põhjal eristatakse neutronosfääri ja ionosfääri. Praegu arvatakse, et atmosfäär ulatub 2000-3000 km kõrgusele.
Sõltuvalt gaasi koostisest atmosfääris eraldavad nad homosfäär Ja heterosfäär. Heterosfäär- See on piirkond, kus gravitatsioon mõjutab gaaside eraldumist, kuna nende segunemine sellisel kõrgusel on tühine. See tähendab heterosfääri muutuvat koostist. Selle all asub hästi segunenud homogeenne osa atmosfäärist, mida nimetatakse homosfääriks. Nende kihtide vahelist piiri nimetatakse turbopausiks, see asub umbes 120 km kõrgusel.
Atmosfääri omadused
Juba 5 km kõrgusel merepinnast hakkab treenimata inimene kogema hapnikunälga ja ilma kohanemiseta väheneb inimese jõudlus oluliselt. Siin lõpeb atmosfääri füsioloogiline tsoon. Inimese hingamine muutub 15 km kõrgusel võimatuks, kuigi kuni ligikaudu 115 km kõrgusel sisaldab atmosfäär hapnikku.
Atmosfäär varustab meid hingamiseks vajaliku hapnikuga. Atmosfääri üldrõhu languse tõttu kõrgusele tõustes langeb aga ka hapniku osarõhk vastavalt.
Inimese kopsud sisaldavad pidevalt umbes 3 liitrit alveolaarset õhku. Hapniku osarõhk alveolaarses õhus normaalsel atmosfäärirõhul on 110 mmHg. Art., Süsinikdioksiidi rõhk - 40 mm Hg. Art., ja veeaur −47 mm Hg. Art. Kõrguse suurenedes hapniku rõhk langeb ning vee ja süsinikdioksiidi koguaururõhk kopsudes jääb peaaegu muutumatuks - umbes 87 mm Hg. Art. Kopsude hapnikuvarustus lakkab täielikult, kui ümbritseva õhu rõhk muutub selle väärtusega võrdseks.
Umbes 19-20 km kõrgusel langeb atmosfäärirõhk 47 mm Hg-ni. Art. Seetõttu hakkab sellel kõrgusel vesi ja interstitsiaalne vedelik inimkehas keema. Nendel kõrgustel väljaspool survestatud salongi saabub surm peaaegu kohe. Seega inimese füsioloogia seisukohalt algab “kosmos” juba 15-19 km kõrguselt.
Tihedad õhukihid – troposfäär ja stratosfäär – kaitsevad meid kiirguse kahjustava mõju eest. Õhu piisava vähenemise korral rohkem kui 36 km kõrgusel avaldab ioniseeriv kiirgus - esmased kosmilised kiired - kehale intensiivset mõju; Rohkem kui 40 km kõrgusel on päikesespektri ultraviolettkiirgus inimestele ohtlik.