Kiekvienas skridęs lėktuvu yra pripratęs prie tokios žinutės: „Mūsų skrydis vyksta 10 000 m aukštyje, lauke 50 °C temperatūra“. Atrodo, nieko ypatingo. Kuo toliau nuo Saulės šildomo Žemės paviršiaus, tuo jis šaltesnis. Daugelis žmonių mano, kad temperatūra nuolat mažėja didėjant aukščiui, o temperatūra palaipsniui mažėja, artėjant prie erdvės temperatūros. Beje, mokslininkai taip manė iki XIX amžiaus pabaigos.
Pažvelkime atidžiau į oro temperatūros pasiskirstymą Žemėje. Atmosfera yra padalinta į kelis sluoksnius, kurie pirmiausia atspindi temperatūros pokyčių pobūdį.
Apatinis atmosferos sluoksnis vadinamas troposfera, o tai reiškia "sukimosi sferą". Visi oro ir klimato pokyčiai yra rezultatas fiziniai procesai, atsirandantis būtent šiame sluoksnyje. Viršutinė šio sluoksnio riba yra ten, kur temperatūros mažėjimą su aukščiu pakeičia jos padidėjimas - maždaug 15-16 km aukštyje virš pusiaujo ir 7-8 km virš ašigalių. Kaip ir pati Žemė, atmosfera, veikiama mūsų planetos sukimosi, taip pat šiek tiek išsilygina virš ašigalių ir išsipučia virš pusiaujo. Tačiau šis poveikis atmosferoje pasireiškia daug stipriau nei kietame Žemės apvalkale. Kryptimi nuo Žemės paviršiaus iki viršutinės troposferos ribos oro temperatūra mažėja. Virš pusiaujo minimali oro temperatūra apie -62°C, o virš ašigalių apie -45°C. Vidutinio klimato platumose daugiau nei 75% atmosferos masės yra troposferoje. Tropikuose apie 90% atmosferos masės yra troposferoje.
1899 metais vertikalioje temperatūros profilyje tam tikrame aukštyje buvo rastas minimumas, o vėliau temperatūra šiek tiek pakilo. Šio padidėjimo pradžia reiškia perėjimą į kitą atmosferos sluoksnį – į stratosfera Terminas „stratosfera“ reiškia ir atspindi ankstesnį virš troposferos esančio sluoksnio unikalumą , ypač staigus oro temperatūros padidėjimas Šis temperatūros padidėjimas paaiškinamas ozono susidarymo reakcija yra viena iš pagrindinių cheminės reakcijos atsirandantys atmosferoje.
Didžioji ozono dalis yra susitelkusi maždaug 25 km aukštyje, tačiau apskritai ozono sluoksnis yra labai išplėstas apvalkalas, apimantis beveik visą stratosferą. Deguonies sąveika su ultravioletiniais spinduliais yra vienas iš naudingų procesų žemės atmosferoje, kuris prisideda prie gyvybės Žemėje palaikymo. Šios energijos sugėrimas ozonu užkerta kelią per dideliam jos tekėjimui į žemės paviršių, kur sukuriamas būtent toks energijos lygis, kuris yra tinkamas antžeminėms gyvybės formoms egzistuoti. Ozonosfera sugeria dalį spinduliuotės energijos, einančios per atmosferą. Dėl to ozonosferoje susidaro maždaug 0,62°C vertikalus oro temperatūros gradientas 100 m, t. y. temperatūra didėja aukštyje iki viršutinės stratosferos ribos – stratopauzės (50 km), pasiekdama, pagal kai kurie duomenys, 0°C.
50–80 km aukštyje yra atmosferos sluoksnis, vadinamas mezosfera. Žodis „mezosfera“ reiškia „tarpinę sferą“, kurioje oro temperatūra toliau mažėja didėjant aukščiui. Virš mezosferos, sluoksnyje, vadinamame termosfera, temperatūra vėl pakyla iki maždaug 1000°C, o po to labai greitai nukrenta iki -96°C. Tačiau ji nenukrenta be galo, tada temperatūra vėl pakyla.
Termosfera yra pirmasis sluoksnis jonosfera. Skirtingai nuo anksčiau minėtų sluoksnių, jonosfera neišsiskiria temperatūra. Jonosfera yra elektrinio pobūdžio sritis, leidžianti užmegzti daugybę radijo ryšio tipų. Jonosfera yra padalinta į kelis sluoksnius, žymimus raidėmis D, E, F1 ir F2. Šie sluoksniai taip pat turi specialius pavadinimus. Išsiskyrimą į sluoksnius lemia kelios priežastys, tarp kurių svarbiausia yra nevienoda sluoksnių įtaka radijo bangų pralaidumui. Žemiausias sluoksnis D daugiausia sugeria radijo bangas ir taip neleidžia joms plisti. Geriausiai ištirtas sluoksnis E yra maždaug 100 km aukštyje virš žemės paviršiaus. Jis taip pat vadinamas Kennelly-Heaviside sluoksniu pagal amerikiečių ir anglų mokslininkų, kurie vienu metu ir nepriklausomai atrado jį, vardų. E sluoksnis, kaip milžiniškas veidrodis, atspindi radijo bangas. Dėl šio sluoksnio ilgos radijo bangos sklinda toliau, nei būtų galima tikėtis, jei jos sklistų tik tiesia linija, neatsispindėdamos nuo E sluoksnio. Jis taip pat vadinamas Appleton sluoksniu. Kartu su Kennelly-Heaviside sluoksniu jis atspindi radijo bangas antžeminėms radijo stotims. Toks atspindys gali atsirasti įvairiais kampais. Appletono sluoksnis yra maždaug 240 km aukštyje.
Tolimiausias atmosferos regionas, antrasis jonosferos sluoksnis, dažnai vadinamas egzosfera. Šis terminas reiškia kosmoso pakraščius šalia Žemės. Sunku tiksliai nustatyti, kur baigiasi atmosfera ir prasideda erdvė, nes didėjant aukščiui atmosferos dujų tankis palaipsniui mažėja, o pati atmosfera palaipsniui virsta beveik vakuumu, kuriame randamos tik atskiros molekulės. Jau maždaug 320 km aukštyje atmosferos tankis toks mažas, kad molekulės gali nukeliauti daugiau nei 1 km nesusidurdamos viena su kita. Tolimiausia atmosferos dalis yra jos viršutinė riba, kuri yra nuo 480 iki 960 km aukštyje.
Daugiau informacijos apie atmosferoje vykstančius procesus rasite svetainėje „Žemės klimatas“
Žemės atmosfera yra nevienalytė: skirtinguose aukščiuose skiriasi oro tankis ir slėgis, kinta temperatūra ir dujų sudėtis. Pagal aplinkos oro temperatūros elgseną (t.y. temperatūra didėja arba mažėja didėjant aukščiui) jame išskiriami šie sluoksniai: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera ir egzosfera. Ribos tarp sluoksnių vadinamos pauzėmis: jų yra 4, nes viršutinė egzosferos riba yra labai neryški ir dažnai reiškia artimą erdvę. Bendrą atmosferos struktūrą galite rasti pridedamoje diagramoje.
1 pav. Žemės atmosferos sandara. Kreditas: svetainė
Žemiausias atmosferos sluoksnis yra troposfera, kurios viršutinė riba vadinama tropopauze, priklausomai nuo geografinė platuma skiriasi ir svyruoja nuo 8 km. poliarinėje iki 20 km. atogrąžų platumose. Vidutinėse arba vidutinio klimato platumose jos viršutinė riba yra 10-12 km aukštyje Per metus viršutinė troposferos riba svyruoja priklausomai nuo saulės spinduliuotės antplūdžio. Taigi, JAV meteorologijos tarnybai atlikus zondavimą Žemės pietiniame ašigalyje, paaiškėjo, kad nuo kovo iki rugpjūčio arba rugsėjo mėn. vyksta pastovus troposferos vėsimas, dėl kurio trumpam rugpjūčio mėn. arba rugsėjį jos riba pakyla iki 11,5 km. Tada, laikotarpiu nuo rugsėjo iki gruodžio, jis greitai mažėja ir pasiekia žemiausią padėtį - 7,5 km, o po to jo aukštis išlieka beveik nepakitęs iki kovo. Tie. Didžiausią storį troposfera pasiekia vasarą, o ploniausią – žiemą.
Verta paminėti, kad, be sezoninių, yra ir kasdienių tropopauzės aukščio svyravimų. Taip pat jo padėčiai įtakos turi ciklonai ir anticiklonai: pirmajame krenta, nes Slėgis juose yra mažesnis nei aplinkiniame ore, antra, atitinkamai pakyla.
Troposferoje yra iki 90% visos žemės oro masės ir 9/10 visų vandens garų. Turbulencija čia labai išvystyta, ypač paviršiniuose ir aukščiausiuose sluoksniuose, susidaro įvairaus lygio debesys, formuojasi ciklonai ir anticiklonai. O dėl nuo Žemės paviršiaus atsispindėjusių saulės spindulių šiltnamio efektą sukeliančių dujų (anglies dioksido, metano, vandens garų) kaupimosi vystosi šiltnamio efektas.
Šiltnamio efektas yra susijęs su oro temperatūros troposferoje mažėjimu su aukščiu (nes įkaitusi Žemė daugiau šilumos atiduoda paviršiniams sluoksniams). Vidutinis vertikalus nuolydis yra 0,65°/100 m (t. y. oro temperatūra nukrenta 0,65° C kas 100 pakilimo metrų). Taigi, jei vidutinė metinė oro temperatūra Žemės paviršiuje prie pusiaujo yra +26°, tai ties viršutine riba –70°. Temperatūra tropopauzės regione virš Šiaurės ašigalio ištisus metus svyruoja nuo -45° vasarą iki -65° žiemą.
Didėjant aukščiui, oro slėgis taip pat mažėja ir sudaro tik 12–20% paviršinio lygio viršutinėje troposferos riboje.
Ties troposferos ir viršutinio stratosferos sluoksnio riba yra tropopauzės sluoksnis, kurio storis 1-2 km. Apatinės tropopauzės ribos paprastai laikomos oro sluoksniu, kuriame vertikalus gradientas sumažėja iki 0,2°/100 m, palyginti su 0,65°/100 m apatiniuose troposferos regionuose.
Tropopauzės metu stebimi griežtai apibrėžtos krypties oro srautai, vadinami didelio aukščio reaktyviniais srautais arba „reaktyviniais srautais“, susidarantys veikiant Žemės sukimuisi aplink savo ašį ir šildant atmosferą dalyvaujant saulės spinduliuotei. . Srovės stebimos zonų su dideliais temperatūrų skirtumais ribose. Yra keli šių srovių lokalizacijos centrai, pavyzdžiui, arktinis, subtropinis, subpoliarinis ir kt. Reaktyvinių srautų lokalizacijos žinios labai svarbios meteorologijai ir aviacijai: pirmasis naudoja srautus tikslesnei orų prognozei, antrasis – orlaivių skrydžių maršrutams kurti, nes Tėkmės ribose susidaro stiprūs turbulenciniai sūkuriai, panašūs į mažus sūkurius, vadinamus „giedro dangaus turbulencija“, nes šiuose aukščiuose nėra debesų.
Veikiant didelio aukščio reaktyvinėms srovėms, tropopauzėje dažnai susidaro lūžiai, o kartais visai išnyksta, nors vėliau susidaro iš naujo. Tai ypač dažnai pastebima subtropinėse platumose, kuriose vyrauja galinga subtropinė didelio aukščio srovė. Be to, dėl tropopauzės sluoksnių skirtumo aplinkos temperatūroje susidaro tarpai. Pavyzdžiui, yra didelis atotrūkis tarp šiltos ir žemos poliarinės tropopauzės bei aukštos ir šaltos tropopauzės atogrąžų platumose. IN Pastaruoju metu Taip pat išsiskiria vidutinio klimato platumų tropopauzės sluoksnis, turintis lūžių su ankstesniais dviem sluoksniais: poliariniu ir atogrąžų.
Antrasis žemės atmosferos sluoksnis yra stratosfera. Stratosferą galima apytiksliai suskirstyti į du regionus. Pirmajam iš jų, gulinčiam iki 25 km aukščio, būdinga beveik pastovi temperatūra, kuri yra lygi viršutinių troposferos sluoksnių temperatūrai tam tikroje srityje. Antrasis regionas, arba inversijos sritis, pasižymi oro temperatūros padidėjimu iki maždaug 40 km aukščio. Taip atsitinka dėl saulės ultravioletinės spinduliuotės sugerties deguonies ir ozono. Viršutinėje stratosferos dalyje dėl šio šildymo temperatūra dažnai būna teigiama arba netgi palyginama su paviršiaus oro temperatūra.
Virš inversijos srities yra pastovių temperatūrų sluoksnis, vadinamas stratopauze ir yra riba tarp stratosferos ir mezosferos. Jo storis siekia 15 km.
Skirtingai nei troposferoje, turbulentiniai trikdžiai stratosferoje yra reti, tačiau yra stiprūs horizontalūs vėjai arba srovės srautai, pučiantys siaurose zonose palei vidutinio klimato platumų ribas, nukreiptas į ašigalius. Šių zonų padėtis nėra pastovi: jos gali pasislinkti, plėstis ar net visai išnykti. Dažnai reaktyviniai srautai prasiskverbia į viršutinius troposferos sluoksnius arba, atvirkščiai, oro masės iš troposferos prasiskverbia į apatinius stratosferos sluoksnius. Toks oro masių maišymasis ypač būdingas atmosferos frontų srityse.
Stratosferoje yra mažai vandens garų. Oras čia labai sausas, todėl debesų susidaro nedaug. Tik 20–25 km aukštyje ir didelėse platumose galite pastebėti labai plonus perlamutrinius debesis, susidedančius iš peršalusio vandens lašelių. Dienos metu šių debesų nesimato, tačiau sutemus jie tarsi švyti, nes juos apšviečia jau žemiau horizonto nusileidusi Saulė.
Tame pačiame aukštyje (20-25 km.) žemutinėje stratosferoje yra vadinamasis ozono sluoksnis – sritis su didžiausias turinys ozonas, kuris susidaro veikiant ultravioletinei saulės spinduliuotei (daugiau apie šį procesą galite sužinoti puslapyje). Ozono sluoksnis arba ozonosfera yra itin svarbus visų sausumoje gyvenančių organizmų gyvybei palaikyti, sugeriantis mirtinus ultravioletinius spindulius, kurių bangos ilgis siekia iki 290 nm. Būtent dėl šios priežasties gyvi organizmai negyvena aukščiau ozono sluoksnio, tai yra viršutinė gyvybės pasiskirstymo Žemėje riba.
Keičiasi ir ozonas magnetiniai laukai, atomai suyra į molekules, vyksta jonizacija, atsiranda naujų dujų ir kitų cheminių junginių susidarymo.
Atmosferos sluoksnis, esantis virš stratosferos, vadinamas mezosfera. Jam būdingas oro temperatūros sumažėjimas aukštyje, kai vidutinis vertikalus gradientas yra 0,25–0,3°/100 m, o tai sukelia didelę turbulenciją. Viršutinėse mezosferos ribose, regione, vadinamame mezopauze, buvo užfiksuota iki -138°C temperatūra, o tai yra absoliutus minimumas visai Žemės atmosferai.
Čia, mezopauzėje, yra apatinė rentgeno spindulių ir trumpųjų bangų ultravioletinės spinduliuotės iš Saulės aktyvios absorbcijos srities riba. Kaip energetinis procesas vadinamas spinduliniu šilumos perdavimu. Dėl to dujos įkaista ir jonizuojamos, todėl atmosfera švyti.
75–90 km aukštyje ties viršutinėmis mezosferos ribomis buvo pastebėti ypatingi debesys, užėmę didžiulius plotus poliariniuose planetos regionuose. Šie debesys vadinami noktiliuciniais dėl jų švytėjimo prieblandoje, kurį sukelia saulės šviesos atspindys nuo ledo kristalų, iš kurių šie debesys susideda.
Oro slėgis mezopauzėje yra 200 kartų mažesnis nei žemės paviršiaus. Tai rodo, kad beveik visas oras atmosferoje yra sutelktas 3 apatiniuose jos sluoksniuose: troposferoje, stratosferoje ir mezosferoje. Viršutiniai sluoksniai – termosfera ir egzosfera – sudaro tik 0,05 % visos atmosferos masės.
Termosfera yra 90–800 km aukštyje virš Žemės paviršiaus.
Termosferai būdingas nuolatinis oro temperatūros kilimas iki 200-300 km aukščio, kur ji gali siekti 2500°C. Temperatūra pakyla dėl rentgeno spindulių ir trumpųjų bangų ultravioletinių spindulių iš Saulės sugerties dujų molekulėms. Virš 300 km virš jūros lygio temperatūros kilimas sustoja.
Kartu kylant temperatūrai mažėja ir slėgis, taigi ir aplinkinio oro tankis. Taigi, jei apatinėse termosferos ribose tankis yra 1,8 × 10 -8 g/cm 3, tai prie viršutinių ribų jis jau yra 1,8 × 10 -15 g/cm 3, o tai maždaug atitinka 10 milijonų - 1 milijardą dalelių. už 1 cm3.
Visos termosferos charakteristikos, tokios kaip oro sudėtis, jo temperatūra, tankis, stipriai svyruoja: priklausomai nuo geografinės padėties, metų sezono ir paros laiko. Pasikeičia net viršutinės termosferos ribos vieta.
Viršutinis atmosferos sluoksnis vadinamas egzosfera arba sklaidos sluoksniu. Jo apatinė riba nuolat kinta labai plačiose ribose; Vidutinis aukštis yra 690–800 km. Jis įrengiamas ten, kur galima nepaisyti tarpmolekulinių ar tarpatominių susidūrimų tikimybės, t.y. vidutinis atstumas, kurį chaotiškai judanti molekulė įveiks prieš atsitrenkdama į kitą panašią molekulę (vadinamasis laisvasis kelias), bus toks didelis, kad iš tikrųjų molekulės nesusidurs su tikimybe, artima nuliui. Sluoksnis, kuriame vyksta aprašytas reiškinys, vadinamas termine pauze.
Viršutinė egzosferos riba yra 2-3 tūkstančių km aukštyje. Jis labai neryškus ir palaipsniui virsta artimu kosminiu vakuumu. Kartais dėl šios priežasties egzosfera laikoma kosmoso dalimi, o jos viršutinė riba laikoma 190 tūkstančių km aukštis, kuriame saulės spinduliuotės slėgio įtaka vandenilio atomų greičiui viršija gravitacinę trauką. Žemė. Tai yra vadinamasis Žemės vainikas, susidedantis iš vandenilio atomų. Žemės vainiko tankis labai mažas: tik 1000 dalelių kubiniame centimetre, tačiau šis skaičius daugiau nei 10 kartų viršija dalelių koncentraciją tarpplanetinėje erdvėje.
Dėl itin retėjančio oro egzosferoje dalelės juda aplink Žemę elipsinėmis orbitomis nesusidurdamos viena su kita. Kai kurie iš jų, judėdami atviromis arba hiperbolinėmis trajektorijomis kosminiu greičiu (vandenilio ir helio atomai), palieka atmosferą ir iškeliauja į kosmosą, todėl egzosfera vadinama sklaidos sfera.
> Žemės atmosfera
apibūdinimas Žemės atmosferaįvairaus amžiaus vaikams: iš ko pagamintas oras, dujų buvimas, sluoksniai su nuotraukomis, trečiosios Saulės sistemos planetos klimatas ir orai.
Mažiesiems Jau žinoma, kad Žemė yra vienintelė mūsų sistemos planeta, turinti gyvybingą atmosferą. Dujinė antklodė ne tik turtinga oru, bet ir saugo mus nuo per didelio karščio bei saulės spinduliuotės. Svarbu paaiškinti vaikams kad sistema sukurta neįtikėtinai gerai, nes leidžia paviršiui dieną sušilti, o naktį atvėsti, išlaikant priimtiną balansą.
Pradėkite paaiškinimas vaikams tai įmanoma, nes žemės atmosferos rutulys tęsiasi per 480 km, bet dauguma yra 16 km nuo paviršiaus. Kuo didesnis aukštis, tuo mažesnis slėgis. Jei imsime jūros lygį, tada slėgis ten yra 1 kg kvadratiniame centimetre. Tačiau 3 km aukštyje jis keisis – 0,7 kg kvadratiniam centimetrui. Žinoma, tokiomis sąlygomis sunkiau kvėpuoti ( vaikai tai pajustumėte, jei kada nors eitumėte į kalnus.
Žemės oro sudėtis – paaiškinimas vaikams
Dujos apima:
- Azotas – 78%.
- Deguonis – 21%.
- Argonas – 0,93%.
- Anglies dioksidas – 0,038%.
- Taip pat nedideliais kiekiais yra vandens garų ir kitų dujų priemaišų.
Žemės atmosferos sluoksniai – paaiškinimas vaikams
Tėvai arba mokytojai Mokykloje Reikėtų priminti, kad žemės atmosfera skirstoma į 5 lygius: egzosferą, termosferą, mezosferą, stratosferą ir troposferą. Su kiekvienu sluoksniu atmosfera vis labiau tirpsta, kol dujos galiausiai išsisklaido į erdvę.
Troposfera yra arčiausiai paviršiaus. 7–20 km storio jis sudaro pusę žemės atmosferos. Kuo arčiau Žemės, tuo labiau įšyla oras. Čia surenkami beveik visi vandens garai ir dulkės. Vaikai gali nenustebti, kad būtent tokiame lygyje plaukia debesys.
Stratosfera prasideda nuo troposferos ir pakyla 50 km virš paviršiaus. Čia daug ozono, kuris šildo atmosferą ir saugo nuo žalingos saulės spinduliuotės. Oras yra 1000 kartų plonesnis nei virš jūros lygio ir neįprastai sausas. Štai kodėl lėktuvai čia jaučiasi puikiai.
Mezosfera: nuo 50 km iki 85 km virš paviršiaus. Viršūnė vadinama mezopauze ir yra vėsiausia vieta žemės atmosferoje (-90°C). Labai sunku ištirti, nes reaktyviniai lėktuvai negali ten patekti, o palydovų orbitinis aukštis yra per didelis. Mokslininkai žino tik tai, kad čia dega meteorai.
Termosfera: 90 km ir tarp 500-1000 km. Temperatūra siekia 1500°C. Jis laikomas žemės atmosferos dalimi, bet yra svarbus paaiškinti vaikams kad oro tankis čia toks mažas, kad didžioji jo dalis jau suvokiama kaip kosminė erdvė. Tiesą sakant, čia yra erdvėlaiviai ir Tarptautinė kosminė stotis. Be to, čia formuojasi pašvaistės. Įkrautos kosminės dalelės kontaktuoja su termosferos atomais ir molekulėmis, perkeldamos jas į aukštesnį energijos lygį. Dėl to mes matome šiuos šviesos fotonus auroros pavidalu.
Egzosfera yra aukščiausias sluoksnis. Neįtikėtinai plona linija, sujungianti atmosferą su erdve. Susideda iš plačiai išsibarsčiusių vandenilio ir helio dalelių.
Žemės klimatas ir orai – paaiškinimas vaikams
Mažiesiems reikia paaiškinti kad Žemė sugeba išlaikyti daugybę gyvų rūšių dėl regioninio klimato, kuriam būdingas didelis šaltis ašigalyje ir atogrąžų šiluma ties pusiauju. Vaikai turėtų žinoti, kad regioninis klimatas – tai orai, kurie tam tikroje vietovėje nesikeičia 30 metų. Žinoma, kartais jis gali pasikeisti kelias valandas, bet dažniausiai išlieka stabilus.
Be to, išskiriamas pasaulinis žemės klimatas – regioninio vidurkis. Jis keitėsi visą laiką žmonijos istorija. Šiandien spartus atšilimas. Mokslininkai skambina pavojaus varpais, nes šiltnamio efektą sukeliančių dujų sukelia žmogaus veikla, sulaiko šilumą atmosferoje, rizikuodama paversti mūsų planetą Venera.
Atmosfera
Atmosfera yra dujinis apvalkalas, supantis Žemę. Ją laiko Žemės traukos jėga, kurios įtakoje didžioji dalis dujų susikaupia virš žemės paviršiaus – žemiausiame atmosferos sluoksnyje – troposferoje.
Mes gyvename žemiausiame atmosferos sluoksnyje. Lėktuvai skrenda sluoksniu, vadinamu atmosfera. Tokie reiškiniai kaip auroros šiauriniame ir pietiniame pusrutulyje vyksta termosferoje. Viršuje yra erdvė.
Atmosferos sluoksniai
Kiek sluoksnių yra atmosferoje?
Yra penki pagrindiniai atmosferos sluoksniai. Žemiausias sluoksnis yra troposfera, esanti 18 km aukštyje nuo žemės paviršiaus. Kitas sluoksnis yra stratosfera, kuri tęsiasi iki 50 km aukščio, o aukščiau yra mezosfera, apie 80 km virš žemės. Viršutinis sluoksnis vadinamas termosfera. Kuo aukščiau kylate, tuo mažiau tankėja atmosfera; virš 1000 km žemės atmosfera beveik išnyksta, o egzosfera (labai retas penktasis sluoksnis) pereina į beorę erdvę.
Kaip atmosfera mus saugo?
Stratosferoje yra ozono sluoksnis (trijų deguonies atomų junginys), kuris sudaro apsauginį skydą, kuris blokuoja didžiąją dalį kenksmingos ultravioletinės spinduliuotės. Atmosferos pakraštyje yra dvi radiacijos zonos, žinomos kaip Van Alleno juostos, kurios taip pat veikia kaip skydas, atspindintis kosminius spindulius.
Kodėl dangus mėlynos spalvos?
Saulės šviesa prasiskverbia per atmosferą ir yra išsklaidyta atsispindėdamas nuo mažų dulkių ir vandens garų dalelių ore. Taip baltoji saulės šviesa skirstoma į spektrines dalis – vaivorykštės spalvos sklinda greičiau nei kiti. Dėl to saulės spektre matome daugiau mėlynos nei bet kurios kitos spalvos, todėl dangus atrodo mėlynas.
Debesys nuolat keičia formą. To priežastis – vėjas. Vieni pakyla didžiulėmis masėmis, kiti primena šviesias plunksnas. Kartais virš mūsų dangų visiškai uždengia debesys.
10.045×10 3 J/(kg*K) (temperatūrų diapazone nuo 0-100°C), C v 8.3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C). Oro tirpumas vandenyje 0°C temperatūroje yra 0,036%, 25°C temperatūroje - 0,22%.
Atmosferos kompozicija
Atmosferos susidarymo istorija
Ankstyva istorija
Šiuo metu mokslas negali šimtu procentų tiksliai atsekti visų Žemės formavimosi etapų. Pagal labiausiai paplitusią teoriją, Žemės atmosfera laikui bėgant buvo keturis kartus. įvairios kompozicijos. Iš pradžių jį sudarė lengvosios dujos (vandenilis ir helis), paimtos iš tarpplanetinės erdvės. Tai yra vadinamasis pirminė atmosfera. Kitame etape dėl aktyvios vulkaninės veiklos atmosfera buvo prisotinta kitomis dujomis nei vandenilis (angliavandeniliai, amoniakas, vandens garai). Taip jis susiformavo antrinė atmosfera. Ši atmosfera buvo atkurianti. Be to, atmosferos susidarymo procesą lėmė šie veiksniai:
- nuolatinis vandenilio nutekėjimas į tarpplanetinę erdvę;
- cheminės reakcijos, vykstančios atmosferoje, veikiant ultravioletinei spinduliuotei, žaibo iškrovoms ir kai kuriems kitiems veiksniams.
Palaipsniui šie veiksniai lėmė formavimąsi tretinė atmosfera, pasižymintis daug mažesniu vandenilio kiekiu ir daug didesniu azoto bei anglies dioksido kiekiu (susidaro dėl cheminių reakcijų iš amoniako ir angliavandenilių).
Gyvybės ir deguonies atsiradimas
Žemėje atsiradus gyviems organizmams dėl fotosintezės, kartu su deguonies išsiskyrimu ir anglies dioksido absorbcija, atmosferos sudėtis pradėjo keistis. Tačiau yra duomenų (atmosferos deguonies ir fotosintezės metu išsiskiriančio izotopinės sudėties analizė), rodančių atmosferos deguonies geologinę kilmę.
Iš pradžių deguonis buvo naudojamas redukuotų junginių - angliavandenilių, geležies geležies, esančios vandenynuose, oksidacijai ir kt. šis etapas Deguonies kiekis atmosferoje pradėjo didėti.
Dešimtajame dešimtmetyje buvo atlikti eksperimentai sukurti uždarą ekologinę sistemą ("Biosfera 2"), kurių metu nebuvo įmanoma sukurti stabilios sistemos su vienoda oro sudėtimi. Dėl mikroorganizmų įtakos sumažėjo deguonies kiekis ir padidėjo anglies dioksido kiekis.
Azotas
Išsilavinimas didelis kiekis N 2 susidaro dėl pirminės amoniako-vandenilio atmosferos oksidacijos molekuliniu O 2, kuris pradėjo kilti iš planetos paviršiaus dėl fotosintezės, tariamai maždaug prieš 3 milijardus metų (pagal kitą versiją, atmosferos deguonis yra geologinės kilmės). Azotas viršutiniuose atmosferos sluoksniuose oksiduojamas į NO, naudojamas pramonėje ir surišamas azotą fiksuojančių bakterijų, o N2 į atmosferą patenka dėl nitratų ir kitų azoto turinčių junginių denitrifikacijos.
Azotas N 2 yra inertinės dujos ir reaguoja tik tam tikromis sąlygomis (pavyzdžiui, žaibo išlydžio metu). Cianobakterijos ir kai kurios bakterijos (pavyzdžiui, mazginės bakterijos, kurios formuoja rizobinę simbiozę su ankštiniais augalais) gali ją oksiduoti ir paversti biologine forma.
Molekulinio azoto oksidacija elektros išlydžiomis yra naudojama pramoninėje azoto trąšų gamyboje, be to, Čilės Atakamos dykumoje susidarė unikalios nitratų nuosėdos.
Inercinės dujos
Kuro deginimas yra pagrindinis teršiančių dujų (CO, NO, SO2) šaltinis. Sieros dioksidas oksiduojamas oru O 2 iki SO 3 viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, kuris sąveikauja su H 2 O ir NH 3 garais, o susidarę H 2 SO 4 ir (NH 4) 2 SO 4 grįžta į Žemės paviršių. kartu su krituliais. Vidaus degimo variklių naudojimas sukelia didelę atmosferos taršą azoto oksidais, angliavandeniliais ir Pb junginiais.
Aerozolinė atmosferos tarša atsiranda dėl abiejų natūralių priežasčių (ugnikalnių išsiveržimai, dulkių audros, lašelių įsiskverbimas jūros vanduo ir augalų žiedadulkių dalelės ir kt.), ir ekonominė veiklažmonių (rūdos kasyba ir Statybinės medžiagos, kuro deginimas, cemento gamyba ir kt.). Intensyvus didelio masto kietųjų dalelių išmetimas į atmosferą yra vienas iš galimos priežastys planetos klimato pokyčiai.
Atmosferos sandara ir atskirų kriauklių charakteristikos
Fizinę atmosferos būklę lemia oras ir klimatas. Pagrindiniai atmosferos parametrai: oro tankis, slėgis, temperatūra ir sudėtis. Didėjant aukščiui, mažėja oro tankis ir atmosferos slėgis. Temperatūra taip pat keičiasi keičiantis aukščiui. Vertikaliai atmosferos struktūrai būdingos skirtingos temperatūros ir elektrinės savybės bei skirtingos oro sąlygos. Atsižvelgiant į temperatūrą atmosferoje, išskiriami šie pagrindiniai sluoksniai: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera, egzosfera (sklaidos sfera). Pereinamosios atmosferos sritys tarp gretimų kriauklių vadinamos atitinkamai tropopauze, stratopauze ir kt.
Troposfera
Stratosfera
Stratosferoje didžioji dalis trumpųjų bangų ultravioletinės spinduliuotės dalies (180-200 nm) sulaikoma ir trumpųjų bangų energija transformuojama. Veikiant šiems spinduliams keičiasi magnetiniai laukai, suyra molekulės, vyksta jonizacija, naujai susidaro dujos ir kt. cheminiai junginiai. Šiuos procesus galima stebėti šiaurės pašvaistės, žaibo ir kitokio švytėjimo pavidalu.
Stratosferoje ir aukštesniuose sluoksniuose, veikiant saulės spinduliuotei, dujų molekulės disocijuoja į atomus (virš 80 km CO 2 ir H 2 disocijuoja, virš 150 km - O 2, virš 300 km - H 2). 100–400 km aukštyje dujų jonizacija vyksta ir jonosferoje 320 km aukštyje, įkrautų dalelių (O + 2, O - 2, N + 2) koncentracija yra ~ 1/300; neutralių dalelių koncentracija. Viršutiniuose atmosferos sluoksniuose yra laisvųjų radikalų – OH, HO 2 ir kt.
Stratosferoje beveik nėra vandens garų.
Mezosfera
Iki 100 km aukščio atmosfera yra vienalytis, gerai susimaišęs dujų mišinys. Aukštesniuose sluoksniuose dujų pasiskirstymas pagal aukštį priklauso nuo jų molekulinių masių, tolstant nuo Žemės paviršiaus, sunkesnių dujų koncentracija mažėja. Sumažėjus dujų tankiui, temperatūra nukrenta nuo 0°C stratosferoje iki –110°C mezosferoje. Tačiau atskirų dalelių kinetinė energija 200-250 km aukštyje atitinka ~1500°C temperatūrą. Virš 200 km pastebimi dideli temperatūros ir dujų tankio svyravimai laike ir erdvėje.
Maždaug 2000–3000 km aukštyje egzosfera pamažu virsta vadinamuoju artimojo kosmoso vakuumu, kuris užpildomas labai retomis tarpplanetinių dujų dalelėmis, daugiausia vandenilio atomais. Tačiau šios dujos sudaro tik dalį tarpplanetinės materijos. Kitą dalį sudaro kometinės ir meteorinės kilmės dulkių dalelės. Be šių itin retų dalelių, į šią erdvę prasiskverbia saulės ir galaktikos kilmės elektromagnetinė ir korpuskulinė spinduliuotė.
Troposfera sudaro apie 80% atmosferos masės, stratosfera - apie 20%; mezosferos masė yra ne didesnė kaip 0,3%, termosfera yra mažesnė nei 0,05% visos atmosferos masės. Pagal elektrines savybes atmosferoje išskiriama neutronosfera ir jonosfera. Šiuo metu manoma, kad atmosfera tęsiasi iki 2000-3000 km aukščio.
Priklausomai nuo dujų sudėties atmosferoje, jie išskiria homosfera Ir heterosfera. Heterosfera- Tai sritis, kurioje gravitacija veikia dujų atsiskyrimą, nes jų maišymas tokiame aukštyje yra nereikšmingas. Tai reiškia kintamą heterosferos sudėtį. Po juo slypi gerai sumaišyta, vienalytė atmosferos dalis, vadinama homosfera. Riba tarp šių sluoksnių vadinama turbopauze, ji yra apie 120 km aukštyje.
Atmosferos savybės
Jau 5 km aukštyje virš jūros lygio netreniruotas žmogus pradeda jausti deguonies badą, o be prisitaikymo žymiai sumažėja žmogaus darbingumas. Čia baigiasi fiziologinė atmosferos zona. Žmogaus kvėpavimas tampa neįmanomas 15 km aukštyje, nors maždaug iki 115 km atmosferoje yra deguonies.
Atmosfera aprūpina mus deguonimi, reikalingu kvėpuoti. Tačiau dėl bendro atmosferos slėgio kritimo, kylant į aukštį, dalinis deguonies slėgis atitinkamai mažėja.
Žmogaus plaučiuose nuolat yra apie 3 litrus alveolių oro. Dalinis deguonies slėgis alveoliniame ore esant normaliam atmosferos slėgiui yra 110 mmHg. Art., anglies dvideginio slėgis - 40 mm Hg. Art., o vandens garai −47 mm Hg. Art. Didėjant aukščiui, krenta deguonies slėgis, o bendras vandens ir anglies dioksido garų slėgis plaučiuose išlieka beveik pastovus – apie 87 mm Hg. Art. Deguonies tiekimas į plaučius visiškai nutrūks, kai aplinkos oro slėgis taps lygus šiai vertei.
Maždaug 19-20 km aukštyje atmosferos slėgis nukrenta iki 47 mm Hg. Art. Todėl tokiame aukštyje žmogaus organizme pradeda virti vanduo ir tarpląstelinis skystis. Už slėgio kabinos tokiame aukštyje mirtis įvyksta beveik akimirksniu. Taigi, žmogaus fiziologijos požiūriu, „kosmosas“ prasideda jau 15-19 km aukštyje.
Tankūs oro sluoksniai – troposfera ir stratosfera – saugo mus nuo žalingo radiacijos poveikio. Pakankamai retėjant orui, didesniame nei 36 km aukštyje, jonizuojanti spinduliuotė – pirminiai kosminiai spinduliai – turi intensyvų poveikį organizmui; Daugiau nei 40 km aukštyje ultravioletinė saulės spektro dalis yra pavojinga žmonėms.