Pianeta blu...
Questo argomento doveva apparire sul sito uno dei primi. Dopotutto, gli elicotteri sono aerei atmosferici. L'atmosfera terrestre- il loro, per così dire, habitat :-). MA Proprietà fisiche aria basta determinare la qualità di questo habitat Sorriso . Quindi questa è una delle basi. E la base è sempre scritta per prima. Ma l'ho capito solo ora. Tuttavia, è meglio, come sai, tardi che mai... Tocchiamo questo argomento, ma senza addentrarci nella natura selvaggia e in inutili difficoltà :-).
Così… L'atmosfera terrestre. Questo è il guscio gassoso del nostro pianeta blu. Tutti conoscono questo nome. Perché blu? Semplicemente perché la componente “blu” (oltre che blu e viola) della luce solare (spettro) è più ben dispersa nell'atmosfera, colorandola così di bluastro-bluastra, a volte con un accenno di viola (in una giornata di sole, ovviamente :-)) .
Composizione dell'atmosfera terrestre.
La composizione dell'atmosfera è piuttosto ampia. Non elencherò tutti i componenti nel testo, c'è una buona illustrazione per questo La composizione di tutti questi gas è quasi costante, ad eccezione dell'anidride carbonica (CO 2 ). Inoltre, l'atmosfera contiene necessariamente acqua sotto forma di vapori, goccioline in sospensione o cristalli di ghiaccio. La quantità d'acqua non è costante e dipende dalla temperatura e, in misura minore, dalla pressione dell'aria. Inoltre l'atmosfera terrestre (soprattutto quella attuale) ne contiene anche una certa quantità, direi "ogni sorta di sudiciume" :-). Questi sono SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, inoltre ci sono vapori di mercurio Hg. È vero, tutto questo è lì in piccole quantità, grazie a Dio :-).
L'atmosfera terrestreÈ consuetudine dividersi in più zone che si susseguono in altezza sopra la superficie.
La prima, più vicina alla terra, è la troposfera. Questo è lo strato più basso e, per così dire, principale per la vita di vari tipi. Contiene l'80% della massa di tutta l'aria atmosferica (sebbene in volume costituisca solo l'1% circa dell'intera atmosfera) e circa il 90% di tutta l'acqua atmosferica. La maggior parte di tutti i venti, le nuvole, le piogge e le nevi 🙂 provengono da lì. La troposfera si estende ad altezze di circa 18 km alle latitudini tropicali e fino a 10 km alle latitudini polari. La temperatura dell'aria al suo interno diminuisce con un aumento di circa 0,65º ogni 100 m.
zone atmosferiche.
La seconda zona è la stratosfera. Devo dire che un'altra zona ristretta si distingue tra la troposfera e la stratosfera: la tropopausa. Arresta la caduta di temperatura con l'altezza. La tropopausa ha uno spessore medio di 1,5-2 km, ma i suoi confini sono indistinti e la troposfera spesso si sovrappone alla stratosfera.
Quindi la stratosfera ha un'altezza media di 12 km a 50 km. La temperatura al suo interno fino a 25 km rimane invariata (circa -57ºС), quindi da qualche parte fino a 40 km sale a circa 0ºС e fino a 50 km rimane invariata. La stratosfera è una parte relativamente tranquilla dell'atmosfera terrestre. Non ci sono praticamente condizioni meteorologiche avverse. È nella stratosfera che il famoso strato di ozono si trova ad altitudini comprese tra 15-20 km e 55-60 km.
Questa è seguita da una piccola stratopausa dello strato limite, in cui la temperatura rimane intorno a 0ºС, e poi la zona successiva è la mesosfera. Si estende ad altitudini di 80-90 km e in esso la temperatura scende a circa 80ºС. Nella mesosfera di solito diventano visibili piccole meteore, che iniziano a brillare al suo interno e lì bruciano.
Il prossimo intervallo stretto è la mesopausa e oltre la zona della termosfera. La sua altezza è fino a 700-800 km. Qui la temperatura ricomincia a salire e ad altitudini di circa 300 km può raggiungere valori dell'ordine di 1200ºС. Successivamente, rimane costante. La ionosfera si trova all'interno della termosfera fino ad un'altezza di circa 400 km. Qui l'aria è fortemente ionizzata a causa dell'esposizione alla radiazione solare e ha un'elevata conduttività elettrica.
La prossima e, in generale, l'ultima zona è l'esosfera. Questa è la cosiddetta zona di dispersione. Qui sono presenti principalmente idrogeno ed elio molto rarefatti (con una predominanza di idrogeno). Ad altitudini di circa 3000 km, l'esosfera passa nel vuoto dello spazio vicino.
È così da qualche parte. Perché circa? Perché questi livelli sono piuttosto condizionali. Sono possibili vari cambiamenti di altitudine, composizione di gas, acqua, temperatura, ionizzazione e così via. Inoltre, ci sono molti altri termini che definiscono la struttura e lo stato dell'atmosfera terrestre.
Ad esempio omosfera ed eterosfera. Nella prima i gas atmosferici sono ben miscelati e la loro composizione è abbastanza omogenea. Il secondo si trova sopra il primo e praticamente non c'è tale miscelazione lì. I gas sono separati per gravità. Il confine tra questi strati si trova a un'altitudine di 120 km ed è chiamato turbopausa.
Concludiamo con i termini, ma aggiungo sicuramente che è convenzionalmente accettato che il confine dell'atmosfera si trovi a un'altitudine di 100 km sul livello del mare. Questo confine è chiamato Linea Karman.
Aggiungerò altre due immagini per illustrare la struttura dell'atmosfera. Il primo, invece, è in tedesco, ma è completo e abbastanza facile da capire :-). Può essere ampliato e ben considerato. Il secondo mostra la variazione della temperatura atmosferica con l'altitudine.
La struttura dell'atmosfera terrestre.
Cambiamento della temperatura dell'aria con l'altitudine.
I moderni veicoli spaziali orbitali con equipaggio volano ad altitudini di circa 300-400 km. Tuttavia, questa non è più l'aviazione, anche se la regione, ovviamente, è dentro in un certo senso strettamente imparentato, e di certo ne parleremo :-).
La zona dell'aviazione è la troposfera. I moderni velivoli atmosferici possono volare anche negli strati inferiori della stratosfera. Ad esempio, il pratico soffitto del MIG-25RB è di 23000 m.
Volo nella stratosfera.
Ed esattamente proprietà fisiche dell'aria le troposfere determinano come sarà il volo, quanto sarà efficace il sistema di controllo dell'aereo, come la turbolenza nell'atmosfera lo influenzerà, come funzioneranno i motori.
La prima proprietà principale è temperatura dell'aria. Nella dinamica dei gas, può essere determinato sulla scala Celsius o sulla scala Kelvin.
Temperatura t1 ad una data altezza H sulla scala Celsius si determina:
t 1 \u003d t - 6,5 N, dove tè la temperatura dell'aria al suolo.
Viene chiamata la temperatura sulla scala Kelvin temperatura assoluta Lo zero su questa scala è lo zero assoluto. Allo zero assoluto, il movimento termico delle molecole si ferma. Lo zero assoluto sulla scala Kelvin corrisponde a -273º sulla scala Celsius.
Di conseguenza, la temperatura T in alto H sulla scala Kelvin si determina:
T \u003d 273K + t - 6,5 ore
Pressione dell'aria. La pressione atmosferica si misura in Pascal (N/m 2), nel vecchio sistema di misura in atmosfere (atm.). Esiste anche una cosa come la pressione barometrica. Questa è la pressione misurata in millimetri di mercurio utilizzando un barometro a mercurio. Pressione barometrica (pressione al livello del mare) pari a 760 mm Hg. Arte. chiamato standard. In fisica, 1 atm. appena pari a 760 mm Hg.
Densità dell'aria. In aerodinamica, il concetto più comunemente usato è la densità di massa dell'aria. Questa è la massa d'aria in 1 m3 di volume. La densità dell'aria cambia con l'altezza, l'aria diventa più rarefatta.
Umidità dell'aria. Mostra la quantità di acqua nell'aria. C'è un concetto" umidità relativa". Questo è il rapporto tra la massa del vapore acqueo e il massimo possibile a una data temperatura. Il concetto di 0%, cioè quando l'aria è completamente secca, può esistere in genere solo in laboratorio. D'altra parte, l'umidità del 100% è abbastanza reale. Ciò significa che l'aria ha assorbito tutta l'acqua che poteva assorbire. Qualcosa come una "spugna piena". Un'umidità relativa elevata riduce la densità dell'aria, mentre un'umidità relativa bassa la aumenta di conseguenza.
A causa del fatto che i voli degli aerei si svolgono in condizioni atmosferiche diverse, i loro parametri di volo e aerodinamici in una modalità di volo potrebbero essere diversi. Pertanto, per una corretta valutazione di questi parametri, abbiamo introdotto Atmosfera standard internazionale (ISA). Mostra il cambiamento dello stato dell'aria con l'aumento dell'altitudine.
I parametri principali dello stato dell'aria a umidità zero sono presi come:
pressione P = 760 mm Hg. Arte. (101,3 kPa);
temperatura t = +15°C (288 K);
densità di massa ρ \u003d 1,225 kg / m 3;
Per l'ISA si presume (come detto sopra :-)) che la temperatura nella troposfera scenda di 0,65º ogni 100 metri di altitudine.
Atmosfera standard (esempio fino a 10000 m).
Le tabelle ISA vengono utilizzate per la calibrazione degli strumenti, nonché per i calcoli di navigazione e ingegneristici.
Proprietà fisiche dell'aria includono anche concetti come inerzia, viscosità e comprimibilità.
L'inerzia è una proprietà dell'aria che caratterizza la sua capacità di resistere ai cambiamenti nello stato di riposo o al moto rettilineo uniforme. . La misura dell'inerzia è la densità di massa dell'aria. Più è alto, maggiore è l'inerzia e la forza di trascinamento del mezzo quando l'aereo si muove al suo interno.
Viscosità. Determina la resistenza di attrito contro l'aria mentre l'aereo si muove.
La comprimibilità misura la variazione della densità dell'aria al variare della pressione. A basse velocità dell'aeromobile (fino a 450 km/h), non vi è alcun cambiamento di pressione quando il flusso d'aria scorre attorno ad esso, ma alle alte velocità inizia a manifestarsi l'effetto della comprimibilità. La sua influenza su supersonico è particolarmente pronunciata. Questa è un'area separata dell'aerodinamica e un argomento per un articolo separato :-).
Bene, sembra che per ora sia tutto... È ora di finire questa enumerazione un po' noiosa, di cui però non si può fare a meno :-). L'atmosfera terrestre, i suoi parametri, proprietà fisiche dell'aria sono importanti per l'aereo quanto i parametri dell'apparato stesso, ed era impossibile non citarli.
Per ora, ai prossimi incontri e argomenti più interessanti 🙂 …
PS Per dessert, suggerisco di guardare un video filmato dalla cabina di pilotaggio di un gemello MIG-25PU durante il suo volo nella stratosfera. Girato, a quanto pare, da un turista che ha soldi per tali voli :-). Girato principalmente attraverso il parabrezza. Nota il colore del cielo...
L'involucro gassoso che circonda il nostro pianeta Terra, noto come atmosfera, è costituito da cinque strati principali. Questi strati hanno origine sulla superficie del pianeta, dal livello del mare (a volte al di sotto) e salgono nello spazio esterno nella seguente sequenza:
- Troposfera;
- Stratosfera;
- mesosfera;
- Termosfera;
- Esosfera.
Diagramma degli strati principali dell'atmosfera terrestre
Tra ciascuno di questi cinque strati principali ci sono zone di transizione chiamate "pause" in cui si verificano cambiamenti nella temperatura, nella composizione e nella densità dell'aria. Insieme alle pause, l'atmosfera terrestre comprende un totale di 9 strati.
Troposfera: dove accade il tempo
Di tutti gli strati dell'atmosfera, la troposfera è quella con cui abbiamo più familiarità (che te ne renda conto o meno), poiché viviamo sul suo fondo: la superficie del pianeta. Avvolge la superficie terrestre e si estende verso l'alto per diversi chilometri. La parola troposfera significa "cambio di palla". Un nome molto appropriato, poiché questo livello è il luogo in cui si verifica il nostro tempo quotidiano.
Partendo dalla superficie del pianeta, la troposfera raggiunge un'altezza compresa tra 6 e 20 km. Il terzo inferiore dello strato più vicino a noi contiene il 50% di tutti i gas atmosferici. È l'unica parte dell'intera composizione dell'atmosfera che respira. A causa del fatto che l'aria viene riscaldata dal basso dalla superficie terrestre, assorbendo energia termica Sole, con l'aumentare dell'altitudine, la temperatura e la pressione della troposfera diminuiscono.
Nella parte superiore c'è uno strato sottile chiamato tropopausa, che è solo un cuscinetto tra la troposfera e la stratosfera.
Stratosfera: patria dell'ozono
La stratosfera è lo strato successivo dell'atmosfera. Si estende da 6-20 km a 50 km sopra la superficie terrestre. Questo è lo strato in cui volano la maggior parte degli aerei di linea commerciali e viaggiano i palloncini.
Qui l'aria non scorre su e giù, ma si muove parallelamente alla superficie in correnti d'aria molto veloci. Le temperature aumentano man mano che si sale, grazie all'abbondanza di ozono (O3) presente in natura, un sottoprodotto della radiazione solare, e di ossigeno, che ha la capacità di assorbire i dannosi raggi ultravioletti del sole (qualsiasi aumento della temperatura con l'altitudine è noto in la meteorologia come "inversione") .
Poiché la stratosfera ha temperature più calde nella parte inferiore e più fredde nella parte superiore, la convezione (movimenti verticali delle masse d'aria) è rara in questa parte dell'atmosfera. In effetti, dalla stratosfera è possibile vedere una tempesta che imperversa nella troposfera, perché lo strato funge da "cappuccio" per la convezione, attraverso il quale le nuvole temporalesche non penetrano.
La stratosfera è di nuovo seguita da uno strato tampone, questa volta chiamato stratopausa.
Mesosfera: atmosfera media
La mesosfera si trova a circa 50-80 km dalla superficie terrestre. La mesosfera superiore è il luogo naturale più freddo della Terra, dove le temperature possono scendere sotto i -143°C.
Termosfera: alta atmosfera
La mesosfera e la mesopausa sono seguite dalla termosfera, situata tra 80 e 700 km sopra la superficie del pianeta, e contenente meno dello 0,01% dell'aria totale nel guscio atmosferico. Le temperature qui raggiungono i +2000°C, ma a causa della forte rarefazione dell'aria e della mancanza di molecole di gas per trasferire il calore, queste alte temperature sono percepite come molto fredde.
Exosphere: il confine dell'atmosfera e dello spazio
Ad un'altitudine di circa 700-10.000 km sopra la superficie terrestre si trova l'esosfera, il bordo esterno dell'atmosfera, al confine con lo spazio. Qui i satelliti meteorologici ruotano attorno alla Terra.
E la ionosfera?
La ionosfera non è uno strato separato, e infatti questo termine è usato per riferirsi all'atmosfera ad un'altitudine compresa tra 60 e 1000 km. Comprende le parti più alte della mesosfera, l'intera termosfera e parte dell'esosfera. La ionosfera prende il nome perché in questa parte dell'atmosfera, la radiazione solare viene ionizzata quando attraversa i campi magnetici della Terra a e . Questo fenomeno è osservato dalla terra come l'aurora boreale.
L'ATMOSFERA DELLA TERRA(Vapore atmosferico greco + palla di sphaira) - guscio gassoso che circonda la Terra. La massa dell'atmosfera è di circa 5,15·10 15 Il significato biologico dell'atmosfera è enorme. Nell'atmosfera c'è uno scambio di massa-energia tra natura animata e inanimata, tra flora e fauna. L'azoto atmosferico è assimilato dai microrganismi; le piante sintetizzano sostanze organiche dall'anidride carbonica e dall'acqua grazie all'energia del sole e rilasciano ossigeno. La presenza dell'atmosfera garantisce la conservazione dell'acqua sulla Terra, che è anche una condizione importante per l'esistenza degli organismi viventi.
Studi effettuati con l'ausilio di razzi geofisici d'alta quota, satelliti di terra artificiale e stazioni automatiche interplanetarie hanno stabilito che l'atmosfera terrestre si estende per migliaia di chilometri. I confini dell'atmosfera sono instabili, sono influenzati dal campo gravitazionale della luna e dalla pressione del flusso della luce solare. Sopra l'equatore, nella regione dell'ombra terrestre, l'atmosfera raggiunge altezze di circa 10.000 km e, al di sopra dei poli, i suoi confini sono a 3.000 km dalla superficie terrestre. La maggior parte dell'atmosfera (80-90%) si trova ad altitudini fino a 12-16 km, il che si spiega con la natura esponenziale (non lineare) della diminuzione della densità (rarefazione) del suo mezzo gassoso come l'altezza sopra il livello del mare aumenta.
L'esistenza della maggior parte degli organismi viventi in condizioni naturali è possibile in confini ancora più ristretti dell'atmosfera, fino a 7-8 km, dove una combinazione di fattori atmosferici come composizione del gas, temperatura, pressione e umidità, necessari per il corso attivo di processi biologici, ha luogo. Anche il movimento e la ionizzazione dell'aria, le precipitazioni atmosferiche e lo stato elettrico dell'atmosfera sono di importanza igienica.
Composizione del gas
L'atmosfera è una miscela fisica di gas (Tabella 1), principalmente azoto e ossigeno (78,08 e 20,95 vol. %). Il rapporto dei gas atmosferici è quasi lo stesso fino ad altitudini di 80-100 km. La costanza della parte principale della composizione gassosa dell'atmosfera è dovuta al relativo bilanciamento dei processi di scambio gassoso tra natura animata e inanimata e al continuo rimescolamento delle masse d'aria nelle direzioni orizzontale e verticale.
Tabella 1. CARATTERISTICHE DELLA COMPOSIZIONE CHIMICA DELL'ARIA ATMOSFERICA SECCA IN VICINO ALLA SUPERFICIE TERRESTRE
|
Composizione del gas |
Concentrazione in volume, % |
|
Ossigeno |
|
|
Diossido di carbonio |
|
|
Ossido nitroso |
|
|
Diossido di zolfo |
Da 0 a 0,0001 |
|
da 0 a 0,000007 in estate, da 0 a 0,000002 in inverno |
|
|
diossido di azoto |
Da 0 a 0,000002 |
|
Monossido di carbonio |
|
Ad altitudini superiori a 100 km, la percentuale dei singoli gas cambia a causa della loro stratificazione diffusa sotto l'influenza della gravità e della temperatura. Inoltre, sotto l'azione della parte a lunghezza d'onda corta degli ultravioletti e dei raggi X a un'altitudine di 100 km o più, le molecole di ossigeno, azoto e anidride carbonica si dissociano in atomi. Ad alta quota, questi gas sono sotto forma di atomi altamente ionizzati.
Il contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera di diverse regioni della Terra è meno costante, il che è in parte dovuto alla distribuzione irregolare di grandi imprese industriali inquinando l'aria, così come la distribuzione irregolare della vegetazione sulla Terra, bacini idrici che assorbono anidride carbonica. Variabile anche nell'atmosfera è il contenuto di aerosol (vedi) - particelle sospese nell'aria di dimensioni variabili da diversi millimicron a diverse decine di micron - formati a seguito di eruzioni vulcaniche, potenti esplosioni artificiali, inquinamento da parte di imprese industriali. La concentrazione di aerosol diminuisce rapidamente con l'altitudine.
La più instabile e importante delle componenti variabili dell'atmosfera è il vapore acqueo, la cui concentrazione sulla superficie terrestre può variare dal 3% (ai tropici) al 2 × 10 -10% (in Antartide). Maggiore è la temperatura dell'aria, maggiore è l'umidità, ceteris paribus, nell'atmosfera e viceversa. La maggior parte del vapore acqueo si concentra nell'atmosfera fino ad altitudini di 8-10 km. Il contenuto di vapore acqueo nell'atmosfera dipende dall'influenza combinata dei processi di evaporazione, condensazione e trasporto orizzontale. In alta quota, a causa dell'abbassamento della temperatura e della condensazione dei vapori, l'aria è praticamente secca.
L'atmosfera terrestre, oltre all'ossigeno molecolare e atomico, contiene una piccola quantità di ozono (vedi), la cui concentrazione è molto variabile e varia a seconda dell'altezza e della stagione. La maggior parte dell'ozono è contenuta nella regione dei poli entro la fine della notte polare a un'altitudine di 15-30 km con una forte diminuzione su e giù. L'ozono nasce come risultato dell'azione fotochimica della radiazione solare ultravioletta sull'ossigeno, principalmente ad altitudini di 20-50 km. In questo caso, le molecole di ossigeno biatomico si decompongono parzialmente in atomi e, unendo molecole non decomposte, formano molecole di ozono triatomico (forma polimerica, allotropica dell'ossigeno).
La presenza nell'atmosfera di un gruppo di cosiddetti gas inerti (elio, neon, argon, krypton, xenon) è associata al flusso continuo dei processi di decadimento radioattivo naturale.
Il significato biologico dei gas l'atmosfera è molto grande. Per la maggior parte degli organismi multicellulari, un certo contenuto di ossigeno molecolare in un mezzo gassoso o acquoso è un fattore indispensabile per la loro esistenza, che durante la respirazione determina il rilascio di energia dalle sostanze organiche create inizialmente durante la fotosintesi. Non è un caso che i confini superiori della biosfera (la parte della superficie del globo e la parte inferiore dell'atmosfera dove esiste la vita) siano determinati dalla presenza di una sufficiente quantità di ossigeno. Nel processo di evoluzione, gli organismi si sono adattati a un certo livello di ossigeno nell'atmosfera; la modifica del contenuto di ossigeno nella direzione di diminuzione o aumento ha un effetto negativo (vedi Mal di montagna, Iperossia, Ipossia).
Anche la forma allotropica dell'ossigeno dell'ozono ha un pronunciato effetto biologico. A concentrazioni non superiori a 0,0001 mg / l, tipiche delle zone turistiche e delle coste marine, l'ozono ha un effetto curativo: stimola la respirazione e l'attività cardiovascolare, migliora il sonno. Con un aumento della concentrazione di ozono, si manifesta il suo effetto tossico: irritazione agli occhi, infiammazione necrotica delle mucose delle vie respiratorie, esacerbazione di malattie polmonari, nevrosi autonomiche. Entrando in combinazione con l'emoglobina, l'ozono forma metaemoglobina, che porta a una violazione della funzione respiratoria del sangue; il trasferimento di ossigeno dai polmoni ai tessuti diventa difficile, si sviluppano i fenomeni di soffocamento. L'ossigeno atomico ha un effetto negativo simile sul corpo. L'ozono svolge un ruolo significativo nella creazione di regimi termici diversi strati atmosfera a causa del fortissimo assorbimento della radiazione solare e della radiazione terrestre. L'ozono assorbe più intensamente i raggi ultravioletti e infrarossi. I raggi solari con una lunghezza d'onda inferiore a 300 nm sono quasi completamente assorbiti dall'ozono atmosferico. Pertanto, la Terra è circondata da una sorta di "schermo di ozono" che protegge molti organismi dagli effetti dannosi delle radiazioni ultraviolette del Sole. L'azoto dell'aria atmosferica ha un'importante significato biologico principalmente come fonte di cosiddetti. azoto fisso - una risorsa di cibo vegetale (e in definitiva animale). Il significato fisiologico dell'azoto è determinato dalla sua partecipazione alla creazione del livello di pressione atmosferica necessario per i processi vitali. In determinate condizioni di variazione della pressione, l'azoto svolge un ruolo importante nello sviluppo di una serie di disturbi nel corpo (vedi Malattia da decompressione). L'ipotesi che l'azoto indebolisca l'effetto tossico dell'ossigeno sul corpo e venga assorbito dall'atmosfera non solo dai microrganismi, ma anche dagli animali superiori, è controverso.
I gas inerti dell'atmosfera (xenon, krypton, argon, neon, elio) alla pressione parziale che creano in condizioni normali possono essere classificati come gas biologicamente indifferenti. Con un aumento significativo della pressione parziale, questi gas hanno un effetto narcotico.
La presenza di anidride carbonica nell'atmosfera garantisce l'accumulo di energia solare nella biosfera grazie alla fotosintesi di complessi composti di carbonio, che continuamente si formano, cambiano e si decompongono nel corso della vita. Questo sistema dinamico è mantenuto grazie all'attività delle alghe e delle piante terrestri, che catturano l'energia della luce solare e la utilizzano per convertire l'anidride carbonica (vedi) e l'acqua in una varietà di composti organici con rilascio di ossigeno. L'estensione verso l'alto della biosfera è parzialmente limitata dal fatto che ad altitudini superiori a 6-7 km, le piante contenenti clorofilla non possono vivere a causa della bassa pressione parziale dell'anidride carbonica. L'anidride carbonica è anche molto attiva in termini fisiologici, in quanto svolge un ruolo importante nella regolazione dei processi metabolici, nell'attività del sistema nervoso centrale, nella respirazione, nella circolazione sanguigna e nel regime di ossigeno dell'organismo. Tuttavia, questa regolazione è mediata dall'influenza dell'anidride carbonica prodotta dall'organismo stesso e non dall'atmosfera. Nei tessuti e nel sangue di animali e umani, la pressione parziale dell'anidride carbonica è circa 200 volte superiore alla sua pressione nell'atmosfera. E solo con un aumento significativo del contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera (oltre lo 0,6-1%), ci sono violazioni nel corpo, indicate con il termine ipercapnia (vedi). La completa eliminazione dell'anidride carbonica dall'aria inalata non può avere effetti negativi direttamente sugli organismi umani e animali.
L'anidride carbonica svolge un ruolo nell'assorbimento della radiazione a lunghezza d'onda lunga e nel mantenimento dell'"effetto serra" che aumenta la temperatura vicino alla superficie terrestre. E' allo studio anche il problema dell'influenza sui regimi termici e di altro tipo dell'atmosfera dell'anidride carbonica, che entra nell'aria in grandi quantità come prodotto di scarto dell'industria.
Il vapore acqueo atmosferico (umidità dell'aria) colpisce anche il corpo umano, in particolare lo scambio di calore con l'ambiente.
Come risultato della condensazione del vapore acqueo nell'atmosfera, si formano nuvole e cadono precipitazioni (pioggia, grandine, neve). Il vapore acqueo, diffondendo la radiazione solare, partecipa alla creazione del regime termico della Terra e degli strati inferiori dell'atmosfera, alla formazione delle condizioni meteorologiche.
Pressione atmosferica
La pressione atmosferica (barometrica) è la pressione esercitata dall'atmosfera sotto l'influenza della gravità sulla superficie terrestre. Il valore di questa pressione in ogni punto dell'atmosfera è uguale al peso della colonna d'aria sovrastante con una base unitaria, che si estende al di sopra del luogo di misurazione fino ai confini dell'atmosfera. La pressione atmosferica viene misurata con un barometro (vedi) ed espressa in millibar, in newton per metro quadrato o l'altezza della colonna di mercurio nel barometro in millimetri, ridotta a 0° e il valore normale dell'accelerazione di gravità. In tavola. 2 mostra le unità di pressione atmosferica più comunemente usate.
La variazione di pressione si verifica a causa del riscaldamento non uniforme delle masse d'aria poste al di sopra della terra e dell'acqua in vari latitudini geografiche. All'aumentare della temperatura, la densità dell'aria e la pressione che crea diminuiscono. Un enorme accumulo di aria in rapido movimento con pressione ridotta (con una diminuzione della pressione dalla periferia al centro del vortice) è chiamato ciclone, con una pressione aumentata (con un aumento della pressione verso il centro del vortice) - un anticiclone. Per le previsioni meteorologiche, sono importanti i cambiamenti non periodici della pressione atmosferica, che si verificano nello spostamento di grandi masse e sono associati all'emergere, allo sviluppo e alla distruzione di anticicloni e cicloni. Cambiamenti particolarmente grandi della pressione atmosferica sono associati al rapido movimento dei cicloni tropicali. Allo stesso tempo, la pressione atmosferica può variare di 30-40 mbar al giorno.
Il calo della pressione atmosferica in millibar su una distanza di 100 km è chiamato gradiente barometrico orizzontale. Tipicamente, il gradiente barometrico orizzontale è di 1–3 mbar, ma nei cicloni tropicali a volte sale a decine di millibar ogni 100 km.
All'aumentare dell'altitudine, la pressione atmosferica diminuisce in una relazione logaritmica: dapprima molto bruscamente, poi in modo sempre meno evidente (Fig. 1). Pertanto, la curva della pressione barometrica è esponenziale.
La diminuzione della pressione per unità di distanza verticale è chiamata gradiente barometrico verticale. Spesso ne usano il reciproco: il passo barometrico.
Poiché la pressione barometrica è la somma delle pressioni parziali dei gas che formano l'aria, è ovvio che con l'aumento di quota, insieme alla diminuzione della pressione totale dell'atmosfera, la pressione parziale dei gas che la compongono su l'aria diminuisce anche. Il valore della pressione parziale di qualsiasi gas nell'atmosfera è calcolato dalla formula
dove P x è la pressione parziale del gas, P z è la pressione atmosferica a quota Z, X% è la percentuale di gas di cui si vuole determinare la pressione parziale.
Riso. 1. Variazione della pressione barometrica a seconda dell'altezza sul livello del mare.
Riso. 2. Variazione della pressione parziale dell'ossigeno nell'aria alveolare e saturazione del sangue arterioso con ossigeno a seconda del cambiamento di altitudine durante la respirazione di aria e ossigeno. La respirazione di ossigeno inizia da un'altezza di 8,5 km (esperimento in camera a pressione).
Riso. 3. Curve comparative dei valori medi di coscienza attiva in una persona in minuti a diverse altezze dopo un rapido aumento respirando aria (I) e ossigeno (II). Ad altitudini superiori a 15 km, la coscienza attiva è ugualmente disturbata quando si respira ossigeno e aria. Ad altitudini fino a 15 km, la respirazione di ossigeno prolunga notevolmente il periodo di coscienza attiva (esperimento in una camera a pressione).
Poiché la composizione percentuale dei gas atmosferici è relativamente costante, per determinare la pressione parziale di un qualsiasi gas è sufficiente conoscere la pressione barometrica totale ad una data altezza (Fig. 1 e Tabella 3).
Tabella 3. TABELLA DELL'ATMOSFERA STANDARD (GOST 4401-64) 1
|
Altezza geometrica (m) |
Temperatura |
pressione barometrica |
Pressione parziale di ossigeno (mmHg) |
|||
|
mmHg Arte. |
||||||
1 Dato in forma abbreviata e integrato dalla colonna "Pressione parziale dell'ossigeno".
Quando si determina la pressione parziale di un gas nell'aria umida, la pressione (elasticità) deve essere sottratta dalla pressione barometrica vapori saturi.
La formula per determinare la pressione parziale di un gas nell'aria umida sarà leggermente diversa da quella per l'aria secca:
dove pH 2 O è l'elasticità del vapore acqueo. A t° 37°, l'elasticità del vapore acqueo saturo è di 47 mm Hg. Arte. Questo valore viene utilizzato per calcolare le pressioni parziali dei gas nell'aria alveolare in condizioni al suolo e ad alta quota.
Effetti della pressione alta e bassa sul corpo. I cambiamenti della pressione barometrica verso l'alto o verso il basso hanno una varietà di effetti sull'organismo degli animali e dell'uomo. L'influenza dell'aumento della pressione è associata all'azione fisica e chimica meccanica e penetrante del mezzo gassoso (i cosiddetti effetti di compressione e penetrazione).
L'effetto compressivo si manifesta con: compressione volumetrica generale, dovuta ad un uniforme aumento delle forze di pressione meccanica su organi e tessuti; meccanonarcosi per compressione volumetrica uniforme a pressione barometrica molto elevata; pressione locale irregolare sui tessuti che limitano le cavità contenenti gas in caso di ridotta comunicazione tra l'aria esterna e l'aria nella cavità, ad esempio l'orecchio medio, le cavità accessorie del naso (vedi Barotrauma); un aumento della densità del gas nel sistema respiratorio esterno, che provoca un aumento della resistenza ai movimenti respiratori, soprattutto durante la respirazione forzata (esercizio, ipercapnia).
L'effetto penetrante può portare all'effetto tossico dell'ossigeno e dei gas indifferenti, un aumento del cui contenuto nel sangue e nei tessuti provoca una reazione narcotica, i primi segni di un taglio quando si utilizza una miscela di azoto-ossigeno nell'uomo si verificano a un pressione di 4-8 atm. Un aumento della pressione parziale dell'ossigeno riduce inizialmente il livello di funzionamento dei sistemi cardiovascolare e respiratorio a causa dell'interruzione dell'effetto regolatorio dell'ipossiemia fisiologica. Con un aumento della pressione parziale dell'ossigeno nei polmoni superiore a 0,8-1 ata, si manifesta il suo effetto tossico (danno al tessuto polmonare, convulsioni, collasso).
Gli effetti penetranti e compressivi dell'aumento della pressione del mezzo gassoso sono utilizzati in medicina clinica nel trattamento di varie malattie con disturbi generali e locali dell'apporto di ossigeno (vedi Baroterapia, Ossigenoterapia).
L'abbassamento della pressione ha un effetto ancora più pronunciato sul corpo. In un'atmosfera estremamente rarefatta, il principale fattore patogenetico che porta alla perdita di coscienza in pochi secondi, e alla morte in 4-5 minuti, è una diminuzione della pressione parziale dell'ossigeno nell'aria inalata, e quindi nell'aria alveolare, sangue e tessuti (Fig. 2 e 3). L'ipossia moderata provoca lo sviluppo di reazioni adattative dell'apparato respiratorio e dell'emodinamica, volte a mantenere l'apporto di ossigeno, principalmente agli organi vitali (cervello, cuore). Con una pronunciata mancanza di ossigeno, i processi ossidativi vengono inibiti (a causa degli enzimi respiratori) e i processi aerobici di produzione di energia nei mitocondri vengono interrotti. Ciò porta prima a un'interruzione delle funzioni degli organi vitali, quindi a un danno strutturale irreversibile e alla morte del corpo. Lo sviluppo di reazioni adattative e patologiche, un cambiamento nello stato funzionale del corpo e delle prestazioni umane con una diminuzione della pressione atmosferica è determinato dal grado e dalla velocità di diminuzione della pressione parziale dell'ossigeno nell'aria inalata, dalla durata del soggiorno in quota, l'intensità del lavoro svolto, lo stato iniziale del corpo (vedi Mal di montagna).
Una diminuzione della pressione in quota (anche con l'esclusione della mancanza di ossigeno) provoca gravi disturbi nell'organismo, accomunati dal concetto di "disturbi da decompressione", che comprendono: flatulenza d'alta quota, barotite e barosinusite, malattia da decompressione d'alta quota ed enfisema tissutale di alta quota.
La flatulenza ad alta quota si sviluppa a causa dell'espansione dei gas nel tratto gastrointestinale con una diminuzione della pressione barometrica sulla parete addominale quando si sale ad altitudini di 7-12 km o più. Di una certa importanza è il rilascio di gas disciolti nel contenuto intestinale.
L'espansione dei gas porta allo stiramento dello stomaco e dell'intestino, al sollevamento del diaframma, al cambiamento della posizione del cuore, all'irritazione dell'apparato recettore di questi organi e alla causa di riflessi patologici che interrompono la respirazione e la circolazione sanguigna. Spesso ci sono forti dolori all'addome. Fenomeni simili a volte si verificano nei subacquei quando salgono dalla profondità alla superficie.
Il meccanismo di sviluppo della barotite e della barosinusite, manifestato da una sensazione di congestione e dolore, rispettivamente nell'orecchio medio o nelle cavità accessorie del naso, è simile allo sviluppo della flatulenza ad alta quota.
La diminuzione della pressione, oltre ad espandere i gas contenuti nelle cavità corporee, provoca anche il rilascio di gas dai liquidi e dai tessuti in cui erano disciolti sotto pressione a livello del mare o in profondità, e la formazione di bolle di gas nel corpo .
Questo processo di un'uscita dei gas disciolti (prima di tutto l'azoto) causa lo sviluppo di una malattia di decompressione (vedi).
Riso. 4. Dipendenza del punto di ebollizione dell'acqua dall'altitudine e dalla pressione barometrica. I numeri di pressione si trovano sotto i numeri di altitudine corrispondenti.
Con una diminuzione della pressione atmosferica, il punto di ebollizione dei liquidi diminuisce (Fig. 4). Ad un'altitudine superiore a 19 km, dove la pressione barometrica è uguale (o inferiore) all'elasticità dei vapori saturi alla temperatura corporea (37°), può verificarsi "ebollizione" del fluido interstiziale e intercellulare del corpo, con conseguente nelle grandi vene, nella cavità della pleura, dello stomaco, del pericardio , nel tessuto adiposo lasso, cioè in aree con bassa pressione idrostatica e interstiziale, si formano bolle di vapore acqueo, si sviluppa un enfisema tissutale ad alta quota. L'altitudine "bollente" non influisce sulle strutture cellulari, essendo localizzata solo nel liquido intercellulare e nel sangue.
Enormi bolle di vapore possono bloccare il lavoro del cuore e la circolazione sanguigna e interrompere il funzionamento dei sistemi e degli organi vitali. Questa è una grave complicazione della fame acuta di ossigeno che si sviluppa ad alta quota. La prevenzione dell'enfisema tissutale ad alta quota può essere ottenuta creando una contropressione esterna sul corpo con apparecchiature ad alta quota.
Lo stesso processo di abbassamento della pressione barometrica (decompressione) sotto determinati parametri può diventare un fattore dannoso. A seconda della velocità, la decompressione si divide in liscia (lenta) ed esplosiva. Quest'ultimo procede in meno di 1 secondo ed è accompagnato da un forte scoppio (come in uno scatto), dalla formazione di nebbia (condensazione di vapore acqueo dovuta al raffreddamento dell'aria in espansione). Tipicamente, la decompressione esplosiva si verifica ad altitudini quando si rompono i vetri di una cabina di pilotaggio pressurizzata o di una tuta pressurizzata.
Nella decompressione esplosiva, i primi a soffrire sono i polmoni. Un rapido aumento della pressione eccessiva intrapolmonare (oltre 80 mm Hg) porta a un significativo allungamento del tessuto polmonare, che può causare la rottura dei polmoni (con la loro espansione di 2,3 volte). La decompressione esplosiva può anche causare danni al tratto gastrointestinale. La quantità di sovrappressione che si verifica nei polmoni dipenderà in gran parte dalla velocità di deflusso dell'aria da essi durante la decompressione e dal volume d'aria nei polmoni. È particolarmente pericoloso se le vie aeree superiori al momento della decompressione risultano chiuse (durante la deglutizione, trattenendo il respiro) o la decompressione coincide con la fase di inspirazione profonda, quando i polmoni sono pieni di una grande quantità d'aria.
Temperatura atmosferica
La temperatura dell'atmosfera inizialmente diminuisce con l'aumentare dell'altitudine (in media, da 15° vicino al suolo a -56,5° a quota 11-18 km). Il gradiente termico verticale in questa zona dell'atmosfera è di circa 0,6° ogni 100 m; cambia durante il giorno e l'anno (Tabella 4).
Tabella 4. VARIAZIONI DEL GRADIENTE DI TEMPERATURA VERTICALE SULLA FASCIA MEDIA DEL TERRITORIO DELL'URSS
Riso. 5. Cambiamento della temperatura dell'atmosfera a diverse altitudini. I confini delle sfere sono indicati da una linea tratteggiata.
Ad altitudini di 11 - 25 km, la temperatura diventa costante e ammonta a -56,5°; quindi la temperatura inizia a salire, raggiungendo 30–40° a un'altitudine di 40 km, e 70° a un'altitudine di 50–60 km (Fig. 5), che è associata all'intenso assorbimento della radiazione solare da parte dell'ozono. Da un'altezza di 60-80 km, la temperatura dell'aria diminuisce ancora leggermente (fino a 60°C), per poi aumentare progressivamente e raggiungere i 270°C a quota 120 km, 800°C a quota 220 km, 1500 °C ad un'altitudine di 300 km, e
al confine con lo spazio esterno - più di 3000 °. Va notato che a causa dell'elevata rarefazione e della bassa densità dei gas a queste altezze, la loro capacità termica e capacità di riscaldare corpi più freddi è molto piccola. In queste condizioni, il trasferimento di calore da un corpo all'altro avviene solo per irraggiamento. Tutti i cambiamenti di temperatura nell'atmosfera considerati sono associati all'assorbimento da parte delle masse d'aria dell'energia termica del Sole, diretta e riflessa.
Nella parte bassa dell'atmosfera vicino alla superficie terrestre, la distribuzione della temperatura dipende dall'afflusso della radiazione solare e quindi ha un carattere prevalentemente latitudinale, cioè linee di uguale temperatura - isoterme - sono parallele alle latitudini. Poiché l'atmosfera negli strati inferiori è riscaldata dalla superficie terrestre, il cambiamento di temperatura orizzontale è fortemente influenzato dalla distribuzione dei continenti e degli oceani, le cui proprietà termiche sono diverse. Di solito, i libri di riferimento indicano la temperatura misurata durante le osservazioni meteorologiche di rete con un termometro installato a un'altezza di 2 m sopra la superficie del suolo. Le temperature più alte (fino a 58°C) si osservano nei deserti dell'Iran e nell'URSS - nel sud del Turkmenistan (fino a 50°), le più basse (fino a -87°) in Antartide e nel URSS - nelle regioni di Verkhoyansk e Oymyakon (fino a -68°). In inverno il gradiente termico verticale in alcuni casi, invece di 0,6°, può superare 1° ogni 100 m o addirittura assumere un valore negativo. Durante il giorno nella stagione calda può essere pari a molte decine di gradi per 100 m C'è anche un gradiente di temperatura orizzontale, che viene solitamente indicato come una distanza di 100 km lungo la normale all'isoterma. L'entità del gradiente termico orizzontale è di decimi di grado ogni 100 km, e nelle zone frontali può superare i 10° ogni 100 m.
Il corpo umano è in grado di mantenere l'omeostasi termica (vedi) all'interno di un intervallo abbastanza ristretto di fluttuazioni della temperatura esterna - da 15 a 45 °. Differenze significative nella temperatura dell'atmosfera vicino alla Terra e in quota richiedono l'uso di speciali mezzi tecnici di protezione per garantire l'equilibrio termico tra il corpo umano e l'ambiente nei voli ad alta quota e nello spazio.
Variazioni caratteristiche dei parametri atmosferici (temperatura, pressione, Composizione chimica, stato elettrico) ci consentono di dividere condizionatamente l'atmosfera in zone o strati. Troposfera- lo strato più vicino alla Terra, il cui confine superiore si estende all'equatore fino a 17-18 km, ai poli - fino a 7-8 km, alle medie latitudini - fino a 12-16 km. La troposfera è caratterizzata da una caduta di pressione esponenziale, dalla presenza di un gradiente di temperatura verticale costante, dai movimenti orizzontali e verticali delle masse d'aria e da variazioni significative dell'umidità dell'aria. La troposfera contiene la maggior parte dell'atmosfera, nonché una parte significativa della biosfera; qui sorgono tutti i principali tipi di nubi, si formano masse e fronti d'aria, si sviluppano cicloni e anticicloni. Nella troposfera, a causa della riflessione dei raggi solari da parte del manto nevoso della Terra e del raffreddamento degli strati superficiali dell'aria, avviene la cosiddetta inversione, ovvero un aumento della temperatura nell'atmosfera dal basso in rialzo invece della consueta diminuzione.
Nella stagione calda nella troposfera c'è una costante turbolenza (casuale, caotica) miscelazione di masse d'aria e trasferimento di calore da parte dei flussi d'aria (convezione). La convezione distrugge le nebbie e riduce il contenuto di polvere nella bassa atmosfera.
Il secondo strato dell'atmosfera è stratosfera.
Parte dalla troposfera come una zona ristretta (1-3 km) a temperatura costante (tropopausa) e si estende ad altezze di circa 80 km. Una caratteristica della stratosfera è la progressiva rarefazione dell'aria, esclusivamente alta intensità radiazione ultravioletta, assenza di vapore acqueo, presenza un largo numero ozono e un graduale aumento della temperatura. L'alto contenuto di ozono provoca una serie di fenomeni ottici (miraggi), provoca la riflessione dei suoni e ha un effetto significativo sull'intensità e sulla composizione spettrale della radiazione elettromagnetica. Nella stratosfera c'è una costante miscelazione dell'aria, quindi la sua composizione è simile all'aria della troposfera, sebbene la sua densità ai limiti superiori della stratosfera sia estremamente bassa. I venti prevalenti nella stratosfera sono occidentali e nella zona superiore c'è una transizione verso i venti orientali.
Il terzo strato dell'atmosfera è ionosfera, che parte dalla stratosfera e si estende ad altitudini di 600-800 km.
Le caratteristiche distintive della ionosfera sono l'estrema rarefazione del mezzo gassoso, un'alta concentrazione di ioni molecolari e atomici ed elettroni liberi, nonché l'alta temperatura. La ionosfera influenza la propagazione delle onde radio, provocandone la rifrazione, la riflessione e l'assorbimento.
La principale fonte di ionizzazione negli strati alti dell'atmosfera è la radiazione ultravioletta del Sole. In questo caso, gli elettroni vengono eliminati dagli atomi del gas, gli atomi si trasformano in ioni positivi e gli elettroni eliminati rimangono liberi o vengono catturati da molecole neutre con la formazione di ioni negativi. La ionizzazione della ionosfera è influenzata da meteore, corpuscolari, raggi X e radiazioni gamma del Sole, nonché dai processi sismici della Terra (terremoti, eruzioni vulcaniche, potenti esplosioni), che generano onde acustiche nella ionosfera, che aumentare l'ampiezza e la velocità delle oscillazioni delle particelle atmosferiche e contribuire alla ionizzazione di molecole e atomi di gas (vedi Aeroionizzazione).
La conducibilità elettrica nella ionosfera, associata ad un'elevata concentrazione di ioni ed elettroni, è molto elevata. L'aumentata conduttività elettrica della ionosfera gioca un ruolo importante nella riflessione delle onde radio e nel verificarsi delle aurore.
La ionosfera è l'area dei voli dei satelliti della terra artificiale e dei missili balistici intercontinentali. Attualmente, la medicina spaziale sta studiando i possibili effetti sul corpo umano delle condizioni di volo in questa parte dell'atmosfera.
Quarto, strato esterno dell'atmosfera - esosfera. Da qui, i gas atmosferici vengono dispersi nello spazio mondiale a causa della dissipazione (superando le forze di gravità da parte delle molecole). Poi c'è una transizione graduale dall'atmosfera allo spazio esterno interplanetario. L'esosfera si differenzia da quest'ultima per la presenza di un gran numero di elettroni liberi che formano la 2a e la 3a fascia di radiazione della Terra.
La divisione dell'atmosfera in 4 strati è molto arbitraria. Quindi, secondo parametri elettrici, l'intero spessore dell'atmosfera è diviso in 2 strati: la neutrosfera, in cui predominano le particelle neutre, e la ionosfera. La temperatura distingue la troposfera, la stratosfera, la mesosfera e la termosfera, separate rispettivamente da tropo, strato e mesopausa. Lo strato dell'atmosfera situato tra 15 e 70 km e caratterizzato da un alto contenuto di ozono è chiamato ozonosfera.
Ai fini pratici è conveniente utilizzare l'atmosfera standard internazionale (MCA), per la quale sono accettate le seguenti condizioni: la pressione al livello del mare a t° 15° è 1013 mbar (1.013 X 10 5 nm 2, ovvero 760 mm Hg ); la temperatura diminuisce di 6,5° ogni 1 km fino a un livello di 11 km (stratosfera condizionata), per poi rimanere costante. In URSS è stata adottata l'atmosfera standard GOST 4401 - 64 (Tabella 3).
Precipitazione. Poiché la maggior parte del vapore acqueo atmosferico è concentrato nella troposfera, i processi di transizione di fase dell'acqua, che causano precipitazioni, procedono principalmente nella troposfera. Le nubi troposferiche di solito coprono circa il 50% dell'intera superficie terrestre, mentre le nubi nella stratosfera (ad altitudini di 20-30 km) e vicino alla mesopausa, chiamate rispettivamente nubi madreperla e nottilucenti, si osservano relativamente raramente. Come risultato della condensazione del vapore acqueo nella troposfera, si formano nuvole e si verificano precipitazioni.
Secondo la natura delle precipitazioni, le precipitazioni sono divise in 3 tipi: continue, torrenziali, pioviggine. La quantità di precipitazione è determinata dallo spessore dello strato di acqua caduta in millimetri; le precipitazioni sono misurate da pluviometri e pluviometri. L'intensità delle precipitazioni è espressa in millimetri al minuto.
La distribuzione delle precipitazioni in determinate stagioni e giorni, oltre che sul territorio, è estremamente disomogenea, a causa della circolazione dell'atmosfera e dell'influenza della superficie terrestre. Sì, su Isole hawaiane in media cadono 12.000 mm all'anno e nelle regioni più aride del Perù e del Sahara le precipitazioni non superano i 250 mm e talvolta non cadono per diversi anni. Nella dinamica annuale delle precipitazioni si distinguono le seguenti tipologie: equatoriale - con un massimo di precipitazioni dopo gli equinozi di primavera e d'autunno; tropicale - con un massimo di precipitazioni in estate; monsone - con un picco molto pronunciato in estate e in inverno secco; subtropicale - con precipitazioni massime in inverno ed estate secca; latitudini temperate continentali - con un massimo di precipitazioni in estate; latitudini temperate marine - con un massimo di precipitazioni in inverno.
L'intero complesso atmosferico-fisico dei fattori climatici e meteorologici che compongono il tempo è ampiamente utilizzato per favorire la salute, l'indurimento e per scopi medicinali (vedi Climatoterapia). Insieme a questo, è stato stabilito che forti fluttuazioni di questi fattori atmosferici possono influenzare negativamente i processi fisiologici nel corpo, causando lo sviluppo di varie condizioni patologiche e l'esacerbazione di malattie, che sono chiamate reazioni meteotropiche (vedi Climatopatologia). Di particolare importanza a questo proposito sono i frequenti disturbi a lungo termine dell'atmosfera e le brusche fluttuazioni dei fattori meteorologici.
Le reazioni meteotropiche si osservano più spesso nelle persone che soffrono di malattie del sistema cardiovascolare, poliartrite, asma bronchiale, ulcera peptica, malattie della pelle.
Bibliografia: Belinsky VA e Pobiyaho VA Aerology, L., 1962, bibliografia; La biosfera e le sue risorse, ed. VA Kovdy, Mosca, 1971. Danilov AD Chimica della ionosfera, L., 1967; Kolobkov N. V. L'atmosfera e la sua vita, M., 1968; Kalitin H.H. Fondamenti di fisica dell'atmosfera applicati alla medicina, L., 1935; Matveev L. T. Fondamenti di meteorologia generale, Fisica dell'atmosfera, L., 1965, bibliogr.; Minkh A. A. Ionizzazione dell'aria e suo valore igienico, M., 1963, bibliogr.; it, Metodi di ricerca igienica, M., 1971, bibliogr.; Tverskoy P. N. Corso di meteorologia, L., 1962; Umansky SP L'uomo nello spazio, M., 1970; Khvostikov I. A. Alti strati dell'atmosfera, L., 1964; X r g e a N A. X. Fisica dell'atmosfera, L., 1969, bibliogr.; Khromov SP Meteorologia e climatologia per le facoltà geografiche, L., 1968.
Effetti della pressione alta e bassa sul corpo- Armstrong G. Medicina dell'aviazione, trad. dall'inglese, M., 1954, bibliogr.; Saltman G.L. Basi fisiologiche della permanenza di una persona in condizioni di alta pressione dei gas dell'ambiente, L., 1961, bibliogr.; Ivanov D. I. e Khromushkin A. I. Sistemi di supporto vitale umano durante voli ad alta quota e spaziali, M., 1968, bibliogr.; Isakov P. K., ecc. Teoria e pratica della medicina aeronautica, M., 1971, bibliogr.; Kovalenko E. A. e Chernyakov I. N. Ossigeno di tessuti a fattori estremi di volo, M., 1972, bibliogr.; Miles S. Medicina subacquea, trad. dall'inglese, M., 1971, bibliografia; Busby DE Space clinica medica, Dordrecht, 1968.
I. H. Chernyakov, M. T. Dmitriev, S. I. Nepomnyashchy.
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).
A tempi recenti gli scienziati notano un cambiamento non 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 il contenuto di anidride carbonica è 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". Quindi, 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.
Tutte queste 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. L'equatore è una zona di bassa pressione. Inoltre, su entrambi i lati dell'equatore fino alla trentesima latitudine - un'area di 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 secco. Nei luoghi in cui le correnti d'aria si scontrano, si formano zone frontali atmosferiche, caratterizzate da precipitazioni e tempo inclemente e ventoso.
Gli scienziati hanno dimostrato che anche il benessere di una persona dipende dalla pressione atmosferica. Di standard internazionali pressione atmosferica normale - 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, nelle zone temperate - per 10-12 km, ai poli - per 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- uno strato intermedio basso tra la stratosfera e la mesosfera che la segue.
. 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 gli atomi di idrogeno fuoriescono nello 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.
La stratosfera è uno degli strati superiori del guscio d'aria del nostro pianeta. Si parte ad un'altitudine di circa 11 km dal suolo. Gli aerei passeggeri non volano più qui e raramente si formano nuvole. Lo strato di ozono terrestre si trova nella stratosfera, un guscio sottile che protegge il pianeta dalla penetrazione delle radiazioni ultraviolette dannose.
Guscio d'aria del pianeta
L'atmosfera è il guscio gassoso della Terra, la superficie interna adiacente all'idrosfera e la crosta terrestre. Il suo confine esterno passa gradualmente nello spazio esterno. La composizione dell'atmosfera comprende gas: azoto, ossigeno, argon, anidride carbonica e così via, nonché impurità sotto forma di polvere, gocce d'acqua, cristalli di ghiaccio, prodotti della combustione. Il rapporto tra gli elementi principali del guscio d'aria è mantenuto costante. Le eccezioni sono l'anidride carbonica e l'acqua: la loro quantità nell'atmosfera cambia spesso.
Strati dell'involucro gassoso
L'atmosfera è suddivisa in più strati, posti uno sopra l'altro e aventi caratteristiche nella composizione:
strato limite - direttamente adiacente alla superficie del pianeta, che si estende per un'altezza di 1-2 km;
la troposfera è il secondo strato, il confine esterno si trova mediamente ad un'altitudine di 11 km, qui si concentra quasi tutto il vapore acqueo dell'atmosfera, si formano nuvole, sorgono cicloni e anticicloni, la temperatura aumenta all'aumentare dell'altezza;
tropopausa - strato di transizione, caratterizzato dalla cessazione della diminuzione della temperatura;
la stratosfera è uno strato che si estende fino ad un'altezza di 50 km ed è suddiviso in tre zone: da 11 a 25 km la temperatura cambia leggermente, da 25 a 40 - la temperatura sale, da 40 a 50 - la temperatura rimane costante ( stratopausa);
la mesosfera si estende fino a un'altezza di 80-90 km;
la termosfera raggiunge i 700-800 km sul livello del mare, qui a quota 100 km c'è la linea di Karman, che viene presa come confine tra l'atmosfera terrestre e lo spazio;
L'esosfera è anche chiamata zona di dispersione, qui perde molto particelle di materia e volano via nello spazio.
Cambiamenti di temperatura nella stratosfera
Quindi, la stratosfera è la parte del guscio gassoso del pianeta che segue la troposfera. Qui la temperatura dell'aria, che è costante per tutta la tropopausa, inizia a cambiare. L'altezza della stratosfera è di circa 40 km. Il limite inferiore è di 11 km sul livello del mare. A partire da questo segno, la temperatura subisce lievi variazioni. A un'altitudine di 25 km, l'indice di riscaldamento inizia ad aumentare lentamente. A 40 km sul livello del mare, la temperatura sale da -56,5º a +0,8ºС. Inoltre, rimane vicino allo zero gradi fino a un'altitudine di 50-55 km. La zona compresa tra 40 e 55 chilometri è chiamata stratopausa, poiché la temperatura qui non cambia. È una zona di transizione dalla stratosfera alla mesosfera.
Caratteristiche della stratosfera
La stratosfera terrestre contiene circa il 20% della massa dell'intera atmosfera. L'aria qui è così rarefatta che è impossibile per una persona rimanere senza una tuta spaziale speciale. Questo fatto è uno dei motivi per cui i voli nella stratosfera hanno iniziato a essere effettuati solo in tempi relativamente recenti.
Un'altra caratteristica dell'involucro di gas del pianeta a un'altitudine di 11-50 km è una quantità molto piccola di vapore acqueo. Per questo motivo nella stratosfera le nuvole non si formano quasi mai. Per loro semplicemente no materiale da costruzione. Raramente è però possibile osservare le cosiddette nuvole di madreperla, che “decorano” la stratosfera (la foto è presentata sotto) ad un'altitudine di 20-30 km sul livello del mare. Sottile, come se si potessero osservare formazioni luminose dall'interno dopo il tramonto o prima dell'alba. La forma delle nuvole di madreperla è simile a quella dei cirri o dei cirrocumuli.
Lo strato di ozono terrestre
La principale caratteristica distintiva della stratosfera è la massima concentrazione di ozono nell'intera atmosfera. Si forma sotto l'influenza della luce solare e protegge tutta la vita sul pianeta dalle loro radiazioni distruttive. Lo strato di ozono della Terra si trova ad un'altitudine di 20-25 km sul livello del mare. Le molecole di O 3 sono distribuite in tutta la stratosfera ed esistono anche vicino alla superficie del pianeta, ma la loro concentrazione più alta si osserva a questo livello.
Va notato che lo strato di ozono della Terra è di soli 3-4 mm. Questo sarà il suo spessore se le particelle di questo gas vengono poste in condizioni di pressione normale, ad esempio vicino alla superficie del pianeta. L'ozono si forma come risultato della scomposizione di una molecola di ossigeno sotto l'azione della radiazione ultravioletta in due atomi. Uno di questi si combina con una molecola "a tutti gli effetti" e si forma l'ozono - O 3.
Pericoloso difensore
Pertanto, oggi la stratosfera è uno strato dell'atmosfera più esplorato rispetto all'inizio del secolo scorso. Tuttavia, il futuro dello strato di ozono, senza il quale non sarebbe sorta la vita sulla Terra, non è ancora molto chiaro. Mentre i paesi stanno riducendo la produzione di freon, alcuni scienziati affermano che ciò non porterà molti benefici, almeno a un tale ritmo, mentre altri affermano che ciò non è affatto necessario, poiché si forma la maggior parte delle sostanze nocive naturalmente. Chi ha ragione, il tempo lo dirà.