10,045×10 3 J/(kg*K) (u temperaturnom području od 0-100°C), C v 8,3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C). Topivost zraka u vodi na 0°C je 0,036%, na 25°C - 0,22%.

Sastav atmosfere

Povijest nastanka atmosfere

Rana povijest

Trenutačno znanost ne može pratiti sve faze nastanka Zemlje sa 100%-tnom točnošću. Prema najrasprostranjenijoj teoriji, Zemljina je atmosfera tijekom vremena bila u četiri različita sastava. U početku se sastojao od lakih plinova (vodika i helija) uhvaćenih iz međuplanetarnog prostora. Ovaj tzv primarna atmosfera. U sljedećoj fazi, aktivna vulkanska aktivnost dovela je do zasićenja atmosfere plinovima koji nisu vodik (ugljikovodici, amonijak, vodena para). Ovo je kako sekundarna atmosfera. Ova je atmosfera bila oporavljajuća. Nadalje, proces formiranja atmosfere određen je sljedećim čimbenicima:

• stalno istjecanje vodika u međuplanetarni prostor;
• kemijske reakcije koje se odvijaju u atmosferi pod utjecajem ultraljubičastog zračenja, pražnjenja munje i nekih drugih čimbenika.

Postupno su ti čimbenici doveli do formiranja tercijarna atmosfera, karakteriziran znatno nižim udjelom vodika i puno većim udjelom dušika i ugljičnog dioksida (nastalog kao rezultat kemijskih reakcija iz amonijaka i ugljikovodika).

Pojava života i kisika

Pojavom živih organizama na Zemlji kao rezultat fotosinteze, praćene oslobađanjem kisika i apsorpcijom ugljičnog dioksida, sastav atmosfere se počeo mijenjati. Ipak, postoje podaci (analiza izotopskog sastava atmosferskog kisika i onog koji se oslobađa tijekom fotosinteze) koji govore u prilog geološkom podrijetlu atmosferskog kisika.

U početku se kisik trošio na oksidaciju reduciranih spojeva - ugljikovodika, željeznog oblika željeza sadržanog u oceanima itd. Na kraju ove faze sadržaj kisika u atmosferi počeo je rasti.

U 1990-ima su se provodili eksperimenti za stvaranje zatvorenog ekološkog sustava ("Biosfera 2"), tijekom kojih nije bilo moguće stvoriti stabilan sustav s jednim sastavom zraka. Utjecaj mikroorganizama doveo je do smanjenja razine kisika i povećanja količine ugljičnog dioksida.

Dušik

Nastanak velike količine N 2 posljedica je oksidacije primarne atmosfere amonijak-vodik molekularnim O 2, koji je počeo dolaziti s površine planeta kao rezultat fotosinteze, kao što se očekivalo, prije oko 3 milijarde godina (prema drugoj verziji, atmosferski kisik je geološkog podrijetla). Dušik se oksidira u NO u gornjim slojevima atmosfere, koristi se u industriji i vezuju ga bakterije koje vežu dušik, dok se N 2 oslobađa u atmosferu kao rezultat denitrifikacije nitrata i drugih spojeva koji sadrže dušik.

Dušik N 2 je inertan plin i reagira samo pod određenim uvjetima (na primjer, tijekom pražnjenja munje). Mogu ga oksidirati i pretvoriti u biološki oblik cijanobakterije, neke bakterije (npr. kvržične bakterije koje tvore rizobijalnu simbiozu s mahunarkama).

Oksidacija molekularnog dušika električnim izbojima koristi se u industrijskoj proizvodnji dušičnih gnojiva, a također je dovela do stvaranja jedinstvenih naslaga salitre u čileanskoj pustinji Atacama.

plemeniti plinovi

Izgaranje goriva glavni je izvor onečišćujućih plinova (CO , NO, SO 2 ). Sumporni dioksid se oksidira zrakom O 2 u SO 3 u gornjoj atmosferi, koji stupa u interakciju s parama H 2 O i NH 3, a nastali H 2 SO 4 i (NH 4) 2 SO 4 vraćaju se na površinu Zemlje zajedno s padalinama . Korištenje motora s unutarnjim izgaranjem dovodi do značajnog onečišćenja zraka dušikovim oksidima, ugljikovodicima i spojevima Pb.

Aerosolno onečišćenje atmosfere uzrokovano je kako prirodnim uzrocima (vulkanska erupcija, prašne oluje, povlačenje kapljica morske vode i čestica peludi itd.), tako i ljudskom gospodarskom djelatnošću (vađenje ruda i građevinskog materijala, izgaranje goriva, proizvodnja cementa itd.). .) . Intenzivno uklanjanje krutih čestica velikih razmjera u atmosferu jedan je od mogućih uzroka klimatskih promjena na planetu.

Struktura atmosfere i karakteristike pojedinih ljuski

Fizikalno stanje atmosfere određeno je vremenom i klimom. Glavni parametri atmosfere: gustoća zraka, tlak, temperatura i sastav. Kako se nadmorska visina povećava, gustoća zraka i atmosferski tlak opadaju. Temperatura se također mijenja s promjenom nadmorske visine. Vertikalna struktura atmosfere karakterizirana je različitim temperaturnim i električnim svojstvima, različitim uvjetima zraka. Ovisno o temperaturi u atmosferi razlikuju se sljedeći glavni slojevi: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera, egzosfera (sfera raspršenja). Prijelazna područja atmosfere između susjednih ljuski nazivaju se tropopauza, stratopauza itd.

Troposfera

Stratosfera

Većina kratkovalnog dijela ultraljubičastog zračenja (180-200 nm) zadržava se u stratosferi i transformira se energija kratkih valova. Pod utjecajem tih zraka mijenjaju se magnetska polja, raspadaju se molekule, dolazi do ionizacije, novog stvaranja plinova i drugih kemijskih spojeva. Ti se procesi mogu promatrati u obliku sjevernog svjetla, munja i drugih sjajeva.

U stratosferi i višim slojevima, pod utjecajem Sunčevog zračenja, molekule plina disociraju - na atome (iznad 80 km disociraju CO 2 i H 2, iznad 150 km - O 2, iznad 300 km - H 2). Na visini od 100-400 km dolazi i do ionizacije plinova u ionosferi; na visini od 320 km koncentracija nabijenih čestica (O + 2, O - 2, N + 2) iznosi ~ 1/300 od koncentracija neutralnih čestica. U gornjim slojevima atmosfere nalaze se slobodni radikali - OH, HO 2 itd.

U stratosferi gotovo da nema vodene pare.

Mezosfera

Do visine od 100 km atmosfera je homogena, dobro izmiješana smjesa plinova. U višim slojevima raspodjela plinova po visini ovisi o njihovim molekulskim masama, koncentracija težih plinova brže opada s udaljenošću od površine Zemlje. Zbog smanjenja gustoće plina temperatura pada od 0°S u stratosferi do −110°S u mezosferi. Međutim, kinetička energija pojedinačnih čestica na visinama od 200-250 km odgovara temperaturi od ~1500°C. Iznad 200 km opažaju se značajne fluktuacije temperature i gustoće plina u vremenu i prostoru.

Na visini od oko 2000-3000 km, egzosfera postupno prelazi u takozvani bliski svemirski vakuum, koji je ispunjen vrlo razrijeđenim česticama međuplanetarnog plina, uglavnom atoma vodika. Ali ovaj plin je samo dio međuplanetarne materije. Drugi dio se sastoji od čestica nalik prašini kometnog i meteorskog podrijetla. Osim ovih iznimno razrijeđenih čestica, u ovaj prostor prodire elektromagnetsko i korpuskularno zračenje solarnog i galaktičkog podrijetla.

Na troposferu otpada oko 80% mase atmosfere, na stratosferu oko 20%; masa mezosfere nije veća od 0,3%, termosfera je manja od 0,05% ukupne mase atmosfere. Na temelju električnih svojstava u atmosferi razlikuju se neutrosfera i ionosfera. Trenutno se vjeruje da se atmosfera proteže do visine od 2000-3000 km.

Ovisno o sastavu plina u atmosferi, emitiraju homosfera I heterosfera. heterosfera- ovo je područje gdje gravitacija utječe na razdvajanje plinova, jer je njihovo miješanje na takvoj visini zanemarivo. Otuda slijedi promjenljiv sastav heterosfere. Ispod njega nalazi se dobro izmiješan, homogeni dio atmosfere koji se naziva homosfera. Granica između ovih slojeva naziva se turbopauza, nalazi se na nadmorskoj visini od oko 120 km.

Atmosferska svojstva

Već na nadmorskoj visini od 5 km, neobučena osoba razvija gladovanje kisikom i, bez prilagodbe, performanse osobe značajno se smanjuju. Ovdje završava fiziološka zona atmosfere. Ljudsko disanje postaje nemoguće na visini od 15 km, iako do otprilike 115 km atmosfera sadrži kisik.

Atmosfera nam osigurava kisik potreban za disanje. Međutim, zbog pada ukupnog tlaka atmosfere dok se dižete na visinu, parcijalni tlak kisika također se smanjuje.

Ljudska pluća stalno sadrže oko 3 litre alveolarnog zraka. Parcijalni tlak kisika u alveolarnom zraku pri normalnom atmosferskom tlaku iznosi 110 mm Hg. Čl., Tlak ugljičnog dioksida - 40 mm Hg. Art., a vodena para −47 mm Hg. Umjetnost. S porastom nadmorske visine tlak kisika pada, a ukupni tlak vodene pare i ugljičnog dioksida u plućima ostaje gotovo konstantan – oko 87 mm Hg. Umjetnost. Dotok kisika u pluća potpuno će prestati kada tlak okolnog zraka postane jednak toj vrijednosti.

Na visini od oko 19-20 km atmosferski tlak pada na 47 mm Hg. Umjetnost. Stoga na ovoj visini voda i međustanična tekućina počinju ključati u ljudskom tijelu. Izvan kabine pod tlakom na ovim visinama smrt nastupa gotovo trenutno. Dakle, sa stajališta ljudske fiziologije, "svemir" počinje već na visini od 15-19 km.

Gusti slojevi zraka - troposfera i stratosfera - štite nas od štetnog djelovanja zračenja. Uz dovoljnu razrijeđenost zraka, na visinama većim od 36 km, ionizirajuće zračenje, primarne kozmičke zrake, intenzivno djeluju na tijelo; na visinama većim od 40 km djeluje ultraljubičasti dio sunčevog spektra koji je opasan za ljude.

Njegova gornja granica je na nadmorskoj visini od 8-10 km u polarnim, 10-12 km u umjerenim i 16-18 km u tropskim širinama; niža zimi nego ljeti. Donji, glavni sloj atmosfere. Sadrži više od 80% ukupne mase atmosferskog zraka i oko 90% sve vodene pare prisutne u atmosferi. U troposferi su jako razvijene turbulencija i konvekcija, pojavljuju se naoblake, razvijaju se ciklone i anticiklone. Temperatura opada s nadmorskom visinom s prosječnim vertikalnim gradijentom od 0,65°/100 m

Za "normalne uvjete" na površini Zemlje uzimaju se: gustoća 1,2 kg/m3, barometarski tlak 101,35 kPa, temperatura plus 20 °C i relativna vlažnost 50%. Ovi uvjetni pokazatelji imaju čisto inženjersku vrijednost.

Stratosfera

Sloj atmosfere koji se nalazi na visini od 11 do 50 km. Tipična je blaga promjena temperature u sloju od 11-25 km (donji sloj stratosfere) i njezin porast u sloju od 25-40 km od -56,5 do 0,8 ° (gornja stratosfera ili područje inverzije). Nakon što je dosegla vrijednost od oko 273 K (gotovo 0 °C) na visini od oko 40 km, temperatura ostaje konstantna do visine od oko 55 km. Ovo područje konstantne temperature naziva se stratopauza i granica je između stratosfere i mezosfere.

Stratopauza

Granični sloj atmosfere između stratosfere i mezosfere. Maksimum je u vertikalnoj raspodjeli temperature (oko 0 °C).

Mezosfera

mezopauza

Prijelazni sloj između mezosfere i termosfere. Postoji minimum u vertikalnoj raspodjeli temperature (oko -90°C).

Karmanova linija

Nadmorska visina, koja se konvencionalno prihvaća kao granica između Zemljine atmosfere i svemira.

Termosfera

Gornja granica je oko 800 km. Temperatura raste do visina od 200-300 km, gdje doseže vrijednosti reda veličine 1500 K, nakon čega ostaje gotovo konstantna do velikih nadmorskih visina. Pod utjecajem ultraljubičastog i rendgenskog sunčevog zračenja i kozmičkog zračenja dolazi do ionizacije zraka ("polarne svjetlosti") - glavna područja ionosfere leže unutar termosfere. Na visinama iznad 300 km prevladava atomski kisik.

Egzosfera (sfera raspršenja)

Do visine od 100 km atmosfera je homogena, dobro izmiješana smjesa plinova. U višim slojevima raspodjela plinova po visini ovisi o njihovim molekulskim masama, koncentracija težih plinova brže opada s udaljenošću od površine Zemlje. Zbog smanjenja gustoće plina temperatura pada od 0 °C u stratosferi do -110 °C u mezosferi. Međutim, kinetička energija pojedinačnih čestica na visinama od 200-250 km odgovara temperaturi od ~1500°C. Iznad 200 km opažaju se značajne fluktuacije temperature i gustoće plina u vremenu i prostoru.

Na visini od oko 2000-3000 km egzosfera postupno prelazi u tzv. bliski svemirski vakuum, koji je ispunjen visoko razrijeđenim česticama međuplanetarnog plina, uglavnom atomima vodika. Ali ovaj plin je samo dio međuplanetarne materije. Drugi dio se sastoji od čestica nalik prašini kometnog i meteorskog podrijetla. Osim iznimno razrijeđenih čestica prašine, u ovaj prostor prodire elektromagnetsko i korpuskularno zračenje sunčevog i galaktičkog podrijetla.

Na troposferu otpada oko 80% mase atmosfere, na stratosferu otpada oko 20%; masa mezosfere nije veća od 0,3%, termosfera je manja od 0,05% ukupne mase atmosfere. Na temelju električnih svojstava u atmosferi razlikuju se neutrosfera i ionosfera. Trenutno se vjeruje da se atmosfera proteže do visine od 2000-3000 km.

Ovisno o sastavu plina u atmosferi, emitiraju homosfera I heterosfera. heterosfera- ovo je područje gdje gravitacija utječe na razdvajanje plinova, jer je njihovo miješanje na takvoj visini zanemarivo. Otuda slijedi promjenljiv sastav heterosfere. Ispod njega nalazi se dobro izmiješan, homogeni dio atmosfere koji se naziva homosfera. Granica između ovih slojeva naziva se turbopauza, nalazi se na nadmorskoj visini od oko 120 km.

Fizička svojstva

Debljina atmosfere je otprilike 2000 - 3000 km od površine Zemlje. Ukupna masa zraka - (5.1-5.3)?10 18 kg. Molarna masa čistog suhog zraka je 28,966. Tlak na 0 °C na razini mora 101,325 kPa; kritična temperatura ?140,7 °C; kritični tlak 3,7 MPa; C p 1,0048?10? J / (kg K) (pri 0 °C), C v 0,7159 10? J/(kg K) (pri 0 °C). Topivost zraka u vodi na 0°S - 0,036%, na 25°S - 0,22%.

Fiziološka i druga svojstva atmosfere

Već na nadmorskoj visini od 5 km, neobučena osoba razvija gladovanje kisikom i, bez prilagodbe, performanse osobe značajno se smanjuju. Ovdje završava fiziološka zona atmosfere. Ljudsko disanje postaje nemoguće na visini od 15 km, iako do otprilike 115 km atmosfera sadrži kisik.

Atmosfera nam osigurava kisik potreban za disanje. Međutim, zbog pada ukupnog tlaka atmosfere dok se dižete na visinu, parcijalni tlak kisika također se smanjuje.

Ljudska pluća stalno sadrže oko 3 litre alveolarnog zraka. Parcijalni tlak kisika u alveolarnom zraku pri normalnom atmosferskom tlaku iznosi 110 mm Hg. Čl., Tlak ugljičnog dioksida - 40 mm Hg. Art., I vodena para - 47 mm Hg. Umjetnost. S porastom nadmorske visine pada tlak kisika, a ukupni tlak vodene pare i ugljičnog dioksida u plućima ostaje gotovo konstantan – oko 87 mm Hg. Umjetnost. Dotok kisika u pluća potpuno će prestati kada tlak okolnog zraka postane jednak toj vrijednosti.

Na visini od oko 19-20 km atmosferski tlak pada na 47 mm Hg. Umjetnost. Stoga na ovoj visini voda i međustanična tekućina počinju ključati u ljudskom tijelu. Izvan kabine pod tlakom na ovim visinama smrt nastupa gotovo trenutno. Dakle, sa stajališta ljudske fiziologije, "svemir" počinje već na visini od 15-19 km.

Gusti slojevi zraka - troposfera i stratosfera - štite nas od štetnog djelovanja zračenja. Uz dovoljnu razrijeđenost zraka, na visinama većim od 36 km, ionizirajuće zračenje, primarne kozmičke zrake, intenzivno djeluju na tijelo; na visinama većim od 40 km djeluje ultraljubičasti dio sunčevog spektra koji je opasan za ljude.

Kako se dižemo na sve veću visinu iznad Zemljine površine, takve nama poznate pojave opažene u nižim slojevima atmosfere, kao što je širenje zvuka, pojava aerodinamičkog uzgona i otpora, prijenos topline konvekcijom itd. ., postupno slabe, a zatim potpuno nestaju.

U razrijeđenim slojevima zraka širenje zvuka je nemoguće. Do visina od 60-90 km još uvijek je moguće koristiti otpor zraka i uzgon za kontrolirani aerodinamički let. Ali počevši od visine od 100-130 km, pojmovi broja M i zvučne barijere poznati svakom pilotu gube svoje značenje, prolazi uvjetna Karmanova linija, iza koje počinje sfera čisto balističkog leta, koja se može kontrolirati samo koristeći reaktivne sile.

Na visinama iznad 100 km atmosfera je također lišena još jednog izvanrednog svojstva - sposobnosti apsorpcije, provođenja i prijenosa toplinske energije konvekcijom (tj. miješanjem zraka). To znači da se različiti elementi opreme, opreme orbitalne svemirske stanice neće moći hladiti izvana na način kako se to inače radi u avionu – uz pomoć zračnih mlaznica i zračnih radijatora. Na takvoj visini, kao iu svemiru općenito, jedini način prijenosa topline je toplinsko zračenje.

Sastav atmosfere

Zemljina atmosfera sastoji se uglavnom od plinova i raznih nečistoća (prašine, kapljica vode, kristala leda, morske soli, produkata izgaranja).

Koncentracija plinova koji čine atmosferu gotovo je konstantna, s izuzetkom vode (H 2 O) i ugljičnog dioksida (CO 2).

Sastav suhog zraka

Plin	Sadržaj po volumenu, %	Sadržaj po težini, %
Dušik	78,084	75,50
Kisik	20,946	23,10
Argon	0,932	1,286
Voda	0,5-4	-
Ugljični dioksid	0,032	0,046
Neon	1,818×10 −3	1,3×10 −3
Helij	4,6×10 −4	7,2×10 −5
Metan	1,7×10 −4	-
Kripton	1,14×10 −4	2,9×10 −4
Vodik	5×10 −5	7,6×10 −5
Ksenon	8,7×10 −6	-
Dušikov oksid	5×10 −5	7,7×10 −5

Osim plinova navedenih u tablici, atmosfera sadrži SO 2, NH 3, CO, ozon, ugljikovodike, HCl, pare, I 2, kao i mnoge druge plinove u malim količinama. U troposferi se stalno nalazi velika količina lebdećih čvrstih i tekućih čestica (aerosol).

Povijest nastanka atmosfere

Prema najrasprostranjenijoj teoriji, Zemljina je atmosfera tijekom vremena bila u četiri različita sastava. U početku se sastojao od lakih plinova (vodika i helija) uhvaćenih iz međuplanetarnog prostora. Ovaj tzv primarna atmosfera(prije oko četiri milijarde godina). U sljedećoj fazi, aktivna vulkanska aktivnost dovela je do zasićenja atmosfere plinovima koji nisu vodik (ugljični dioksid, amonijak, vodena para). Ovo je kako sekundarna atmosfera(oko tri milijarde godina prije naših dana). Ova je atmosfera bila oporavljajuća. Nadalje, proces formiranja atmosfere određen je sljedećim čimbenicima:

• curenje lakih plinova (vodika i helija) u međuplanetarni prostor;
• kemijske reakcije koje se odvijaju u atmosferi pod utjecajem ultraljubičastog zračenja, pražnjenja munje i nekih drugih čimbenika.

Postupno su ti čimbenici doveli do formiranja tercijarna atmosfera, karakteriziran znatno nižim udjelom vodika i puno većim udjelom dušika i ugljičnog dioksida (nastalog kao rezultat kemijskih reakcija iz amonijaka i ugljikovodika).

Dušik

Stvaranje velike količine N 2 posljedica je oksidacije atmosfere amonijak-vodik molekularnim O 2, koji je počeo dolaziti s površine planeta kao rezultat fotosinteze, počevši od prije 3 milijarde godina. N 2 se također oslobađa u atmosferu kao rezultat denitrifikacije nitrata i drugih spojeva koji sadrže dušik. Dušik se oksidira ozonom u NO u gornjoj atmosferi.

Dušik N 2 ulazi u reakcije samo pod određenim uvjetima (na primjer, tijekom pražnjenja munje). Oksidacija molekularnog dušika ozonom tijekom električnih pražnjenja koristi se u industrijskoj proizvodnji dušičnih gnojiva. Oksidirati ga uz mali utrošak energije i pretvoriti u biološki aktivan oblik mogu cijanobakterije (modrozelene alge) i kvržične bakterije koje s leguminozama tvore rizobijalnu simbiozu, tzv. zelena gnojidba.

Kisik

Sastav atmosfere počeo se radikalno mijenjati dolaskom živih organizama na Zemlju, kao rezultat fotosinteze, popraćene oslobađanjem kisika i apsorpcijom ugljičnog dioksida. U početku se kisik trošio na oksidaciju reduciranih spojeva - amonijaka, ugljikovodika, željeznog oblika željeza sadržanog u oceanima itd. Na kraju ove faze sadržaj kisika u atmosferi počeo je rasti. Postupno se formirala moderna atmosfera s oksidacijskim svojstvima. Budući da je to izazvalo ozbiljne i nagle promjene u mnogim procesima koji se odvijaju u atmosferi, litosferi i biosferi, ovaj događaj je nazvan kisikovom katastrofom.

Ugljični dioksid

Sadržaj CO 2 u atmosferi ovisi o vulkanskoj aktivnosti i kemijskim procesima u zemljinim ljuskama, ali ponajviše o intenzitetu biosinteze i razgradnje organske tvari u Zemljinoj biosferi. Gotovo cjelokupna trenutna biomasa planeta (oko 2,4 × 10 12 tona) nastaje zbog ugljičnog dioksida, dušika i vodene pare sadržane u atmosferskom zraku. Zakopana u oceanu, močvarama i šumama, organska tvar se pretvara u ugljen, naftu i prirodni plin. (vidi Geokemijski ciklus ugljika)

plemeniti plinovi

Zagađenje zraka

Nedavno je čovjek počeo utjecati na razvoj atmosfere. Rezultat njegovih aktivnosti bio je stalni značajan porast sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi zbog izgaranja ugljikovodičnih goriva akumuliranih u prethodnim geološkim epohama. Ogromne količine CO 2 troše se tijekom fotosinteze i apsorbiraju ga svjetski oceani. Ovaj plin ulazi u atmosferu zbog razgradnje karbonatnih stijena i organskih tvari biljnog i životinjskog podrijetla, kao i zbog vulkanizma i ljudskih proizvodnih aktivnosti. Tijekom proteklih 100 godina sadržaj CO 2 u atmosferi porastao je za 10%, a glavnina (360 milijardi tona) dolazi izgaranjem goriva. Ako se stopa rasta izgaranja goriva nastavi, tada će se u sljedećih 50 - 60 godina količina CO 2 u atmosferi udvostručiti i može dovesti do globalnih klimatskih promjena.

Izgaranje goriva je glavni izvor zagađujućih plinova (SO,, SO 2). Sumporov dioksid oksidira atmosferski kisik do SO 3 u gornjoj atmosferi, koji zauzvrat stupa u interakciju s vodenom parom i amonijakom, a nastala sumporna kiselina (H 2 SO 4) i amonijev sulfat ((NH 4) 2 SO 4) vraćaju se u površine Zemlje u obliku tzv. kisela kiša. Korištenje motora s unutarnjim izgaranjem dovodi do značajnog onečišćenja zraka dušikovim oksidima, ugljikovodicima i spojevima olova (tetraetilolovo Pb (CH 3 CH 2) 4)).

Aerosolno onečišćenje atmosfere uzrokovano je kako prirodnim uzrocima (vulkanska erupcija, prašne oluje, povlačenje kapljica morske vode i peludi biljaka itd.), tako i ljudskom gospodarskom djelatnošću (vađenje ruda i građevinskog materijala, izgaranje goriva, proizvodnja cementa itd.). .). Intenzivno uklanjanje krutih čestica velikih razmjera u atmosferu jedan je od mogućih uzroka klimatskih promjena na planetu.

Književnost

1. V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov "Svemirska biologija i medicina" (2. izdanje, revidirano i prošireno), M.: "Prosveshchenie", 1975., 223 str.
2. N. V. Gusakova "Kemija okoliša", Rostov na Donu: Phoenix, 2004, 192 s ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V. A. Geokemija prirodnih plinova, M., 1971;
4. McEwen M., Phillips L.. Atmosferska kemija, M., 1978.;
5. Wark K., Warner S., Onečišćenje zraka. Izvori i kontrola, prev. s engleskog, M.. 1980.;
6. Praćenje pozadinskog onečišćenja prirodnih okoliša. V. 1, L., 1982.

vidi također

Linkovi

Zemljina atmosfera

Atmosfera je mješavina raznih plinova. Proteže se od površine Zemlje do visine do 900 km, štiteći planet od štetnog spektra sunčevog zračenja, a sadrži plinove neophodne za sav život na planetu. Atmosfera zadržava toplinu sunca, zagrijava se u blizini zemljine površine i stvara povoljnu klimu.

Sastav atmosfere

Zemljina atmosfera sastoji se uglavnom od dva plina - dušika (78%) i kisika (21%). Osim toga, sadrži nečistoće ugljičnog dioksida i drugih plinova. u atmosferi postoji u obliku pare, kapi vlage u oblacima i kristala leda.

Slojevi atmosfere

Atmosfera se sastoji od mnogo slojeva, između kojih nema jasnih granica. Temperature različitih slojeva značajno se razlikuju jedna od druge.

• bezzračna magnetosfera. Većina Zemljinih satelita leti ovdje izvan Zemljine atmosfere.
• Egzosfera (450-500 km od površine). Gotovo ne sadrži plinove. Neki vremenski sateliti lete u egzosferi. Termosferu (80-450 km) karakteriziraju visoke temperature koje dosežu 1700°C u gornjem sloju.
• Mezosfera (50-80 km). U ovoj sferi temperatura pada s povećanjem nadmorske visine. Tu izgara većina meteorita (fragmenata svemirskog kamenja) koji uđu u atmosferu.
• Stratosfera (15-50 km). Sadrži ozonski omotač, tj. sloj ozona koji apsorbira ultraljubičasto zračenje sunca. To dovodi do povećanja temperature u blizini Zemljine površine. Mlazni avioni obično lete ovdje, kao vidljivost u ovom sloju je vrlo dobra i gotovo da nema smetnji uzrokovanih vremenskim uvjetima.
• Troposfera. Visina varira od 8 do 15 km od površine zemlje. Ovdje se formira vrijeme planeta, od godine ovaj sloj sadrži najviše vodene pare, prašine i vjetrova. Temperatura opada s udaljavanjem od površine zemlje.

Atmosferski tlak

Iako to ne osjećamo, slojevi atmosfere vrše pritisak na površinu Zemlje. Najviša je blizu površine, a kako se udaljavate od nje, postupno se smanjuje. Ovisi o temperaturnoj razlici između kopna i oceana, pa stoga u područjima koja se nalaze na istoj visini iznad razine mora često postoji različit tlak. Niski tlak donosi vlažno vrijeme, dok visoki tlak obično postavlja vedro vrijeme.

Kretanje zračnih masa u atmosferi

A pritisci uzrokuju miješanje nižih slojeva atmosfere. To stvara vjetrove koji pušu iz područja visokog tlaka u područja niskog tlaka. U mnogim regijama javljaju se i lokalni vjetrovi uzrokovani razlikama u temperaturama kopna i mora. Planine također imaju značajan utjecaj na smjer vjetrova.

Efekt staklenika

Ugljični dioksid i drugi plinovi u zemljinoj atmosferi zadržavaju sunčevu toplinu. Ovaj proces se obično naziva efekt staklenika, jer je u mnogočemu sličan kruženju topline u staklenicima. Efekt staklenika uzrokuje globalno zagrijavanje planeta. U područjima visokog tlaka – anticikloni – uspostavlja se jasna solarna. U područjima niskog tlaka – ciklonama – vrijeme je obično nestabilno. Toplina i svjetlost ulaze u atmosferu. Plinovi zadržavaju toplinu koja se reflektira od zemljine površine, uzrokujući tako porast temperature na zemlji.

U stratosferi postoji poseban ozonski omotač. Ozon blokira većinu ultraljubičastog zračenja Sunca, štiteći Zemlju i sav život na njoj od njega. Znanstvenici su otkrili da su uzrok uništavanja ozonskog omotača posebni plinovi klorofluorougljikov dioksid sadržani u nekim aerosolima i rashladnoj opremi. Iznad Arktika i Antarktika pronađene su ogromne rupe u ozonskom omotaču, što je pridonijelo povećanju količine ultraljubičastog zračenja koje utječe na Zemljinu površinu.

Ozon nastaje u nižim slojevima atmosfere kao rezultat između sunčevog zračenja i raznih ispušnih plinova i plinova. Obično se raspršuje atmosferom, ali ako se ispod sloja toplog zraka stvori zatvoreni sloj hladnog zraka, dolazi do koncentriranja ozona i pojave smoga. Nažalost, to ne može nadoknaditi gubitak ozona u ozonskim rupama.

Satelitska slika jasno pokazuje rupu u ozonskom omotaču iznad Antarktika. Veličina rupe varira, ali znanstvenici vjeruju da se stalno povećava. Pokušava se smanjiti razina ispušnih plinova u atmosferi. Smanjite onečišćenje zraka i koristite bezdimna goriva u gradovima. Smog uzrokuje iritaciju očiju i gušenje kod mnogih ljudi.

Nastanak i razvoj Zemljine atmosfere

Moderna atmosfera Zemlje rezultat je dugog evolucijskog razvoja. Nastao je kao rezultat zajedničkog djelovanja geoloških čimbenika i vitalne aktivnosti organizama. Kroz geološku povijest, Zemljina je atmosfera prošla kroz nekoliko dubokih promjena. Na temelju geoloških podataka i teoretskih (preduvjeta), primordijalna atmosfera mlade Zemlje, koja je postojala prije oko 4 milijarde godina, mogla bi se sastojati od mješavine inertnih i plemenitih plinova s ​​malim dodatkom pasivnog dušika (N. A. Yasamanov, 1985. ; A. S. Monin, 1987.; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991., 1993. Trenutno se pogled na sastav i strukturu rane atmosfere donekle promijenio. Primarna atmosfera (protoatmosfera) nalazi se u najranijoj protoplanetarnoj fazi. 4,2 milijarde godina , mogao bi se sastojati od mješavine metana, amonijaka i ugljičnog dioksida. Kao rezultat otplinjavanja plašta i aktivnih procesa trošenja koji se odvijaju na zemljinoj površini, vodena para, ugljikovi spojevi u obliku CO 2 i CO, sumpor i njegov spojevi su počeli ulaziti u atmosferu, kao i jake halogene kiseline - HCI, HF, HI i borna kiselina, koje su bile nadopunjene metanom, amonijakom, vodikom, argonom i nekim drugim plemenitim plinovima u atmosferi. Ova primarna atmosfera bila je izuzetno tanka. Stoga je temperatura u blizini zemljine površine bila blizu temperature radijacijske ravnoteže (AS Monin, 1977).

S vremenom se plinski sastav primarne atmosfere počeo transformirati pod utjecajem procesa trošenja stijena koje strše na zemljinu površinu, vitalne aktivnosti cijanobakterija i modrozelenih algi, vulkanskih procesa i djelovanja sunčeve svjetlosti. To je dovelo do razgradnje metana u ugljični dioksid, amonijaka - u dušik i vodik; ugljični dioksid počeo se nakupljati u sekundarnoj atmosferi koja se polako spuštala na površinu zemlje i dušik. Zahvaljujući životnoj aktivnosti modrozelenih algi, u procesu fotosinteze počeo se proizvoditi kisik, koji se, međutim, u početku uglavnom trošio na “oksidaciju atmosferskih plinova, a potom i stijena. Istodobno, amonijak, oksidiran u molekularni dušik, počeo se intenzivno nakupljati u atmosferi. Pretpostavlja se da je značajan dio dušika u modernoj atmosferi relikt. Metan i ugljikov monoksid oksidirali su u ugljikov dioksid. Sumpor i sumporovodik su oksidirani u SO 2 i SO 3, koji su zbog velike pokretljivosti i lakoće brzo uklonjeni iz atmosfere. Tako se atmosfera iz redukcijske, kakva je bila u arheju i ranom proterozoiku, postupno pretvorila u oksidacijsku.

Ugljični dioksid je ušao u atmosferu i kao rezultat oksidacije metana i kao rezultat otplinjavanja plašta i trošenja stijena. U slučaju da sav ugljični dioksid oslobođen tijekom cijele povijesti Zemlje ostane u atmosferi, njezin parcijalni tlak sada bi mogao postati isti kao na Veneri (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991.). Ali na Zemlji je proces bio obrnut. Značajan dio ugljičnog dioksida iz atmosfere otopljen je u hidrosferi, u kojoj su ga vodeni organizmi iskoristili za izgradnju svojih ljuštura i biogenički pretvoreni u karbonate. Kasnije su iz njih nastali najsnažniji slojevi kemogenih i organogenih karbonata.

Kisik se u atmosferu dovodio iz tri izvora. Dugo vremena, počevši od trenutka formiranja Zemlje, oslobađao se tijekom otplinjavanja plašta i uglavnom se trošio na oksidativne procese.Drugi izvor kisika bila je fotodisocijacija vodene pare jakim ultraljubičastim sunčevim zračenjem. nastupi; slobodni kisik u atmosferi doveo je do smrti većine prokariota koji su živjeli u redukcijskim uvjetima. Prokariotski organizmi su promijenili svoja staništa. Napustili su površinu Zemlje do njezinih dubina i područja gdje su još uvijek bili očuvani redukcijski uvjeti. Zamijenili su ih eukarioti, koji su počeli snažno prerađivati ​​ugljični dioksid u kisik.

Tijekom arheja i značajnog dijela proterozoika, gotovo sav kisik, nastao i abiogenim i biogenim putem, uglavnom je potrošen na oksidaciju željeza i sumpora. Do kraja proterozoika svo metalno dvovalentno željezo koje je bilo na zemljinoj površini ili je oksidiralo ili se preselilo u zemljinu jezgru. To je dovelo do promjene parcijalnog tlaka kisika u atmosferi ranog proterozoika.

Sredinom proterozoika koncentracija kisika u atmosferi dosegla je točku Urey i iznosila je 0,01% sadašnje razine. Počevši od tog vremena, kisik se počeo nakupljati u atmosferi i, vjerojatno, već na kraju Rifeja, njegov sadržaj je dosegao Pasteurovu točku (0,1% sadašnje razine). Moguće je da je ozonski omotač nastao u vendskom razdoblju i da tada nikada nije nestao.

Pojava slobodnog kisika u zemljinoj atmosferi potaknula je evoluciju života i dovela do pojave novih oblika sa savršenijim metabolizmom. Ako su ranije eukariotske jednostanične alge i cijanidi, koji su se pojavili početkom proterozoika, zahtijevali sadržaj kisika u vodi od samo 10 -3 njegove današnje koncentracije, onda je s pojavom neskeletnih Metazoa na kraju ranog venda, tj. prije otprilike 650 milijuna godina koncentracija kisika u atmosferi trebala je biti mnogo veća. Uostalom, Metazoa je koristio disanje kisikom i to je zahtijevalo da parcijalni tlak kisika dosegne kritičnu razinu - Pasteurovu točku. U ovom slučaju, proces anaerobne fermentacije zamijenjen je energetski perspektivnijim i progresivnijim metabolizmom kisika.

Nakon toga, daljnje nakupljanje kisika u zemljinoj atmosferi dogodilo se prilično brzo. Progresivno povećanje volumena modrozelenih algi pridonijelo je postizanju razine kisika u atmosferi potrebnoj za održavanje života životinjskog svijeta. Određena stabilizacija sadržaja kisika u atmosferi dogodila se od trenutka kada su biljke izašle na kopno - prije oko 450 milijuna godina. Pojava biljaka na kopnu, koja se dogodila u silurskom razdoblju, dovela je do konačne stabilizacije razine kisika u atmosferi. Od tog vremena, njegova koncentracija počela je fluktuirati unutar prilično uskih granica, nikad ne prelazeći postojanje života. Koncentracija kisika u atmosferi potpuno se stabilizirala od pojave cvjetnica. Ovaj događaj zbio se sredinom razdoblja krede, tj. prije otprilike 100 milijuna godina.

Glavnina dušika nastala je u ranim fazama razvoja Zemlje, uglavnom zbog razgradnje amonijaka. Pojavom organizama započeo je proces vezivanja atmosferskog dušika u organsku tvar i zatrpavanja u morske sedimente. Nakon izlaska organizama na kopno, dušik se počeo zakopavati u kontinentalne sedimente. Procesi prerade slobodnog dušika posebno su se intenzivirali pojavom kopnenih biljaka.

Na prijelazu iz kriptozoika u fanerozoik, tj. prije oko 650 milijuna godina, sadržaj ugljičnog dioksida u atmosferi smanjio se na desetinke postotka, a sadržaj blizak današnjoj razini dosegao je tek nedavno, oko 10-20 milijuna godine prije.

Dakle, plinski sastav atmosfere ne samo da je osigurao životni prostor za organizme, već je odredio i značajke njihove vitalne aktivnosti, poticao naseljavanje i evoluciju. Nastali propusti u raspodjeli atmosferskog plinskog sastava povoljnog za organizme, kako zbog kozmičkih tako i zbog planetarnih uzroka, doveli su do masovnih izumiranja organskog svijeta, koja su se ponavljala tijekom kriptozoika i na određenim granicama povijesti fanerozoika.

Etnosferne funkcije atmosfere

Zemljina atmosfera osigurava potrebnu tvar, energiju i određuje smjer i brzinu metaboličkih procesa. Plinski sastav suvremene atmosfere optimalan je za postojanje i razvoj života. Kao područje oblikovanja vremena i klime, atmosfera mora stvoriti ugodne uvjete za život ljudi, životinja i vegetacije. Odstupanja u jednom ili drugom smjeru kvalitete atmosferskog zraka i vremenskih prilika stvaraju ekstremne uvjete za život životinjskog i biljnog svijeta, uključujući i čovjeka.

Atmosfera Zemlje ne samo da pruža uvjete za postojanje čovječanstva, već je glavni čimbenik u evoluciji etnosfere. Istodobno se ispostavlja da je energetski i sirovinski resurs za proizvodnju. Općenito, atmosfera je čimbenik očuvanja zdravlja ljudi, a neka područja, zbog fizičko-geografskih uvjeta i kakvoće atmosferskog zraka, služe kao rekreacijska područja te su područja namijenjena lječilišnom liječenju i rekreaciji ljudi. Dakle, atmosfera je čimbenik estetskog i emocionalnog utjecaja.

Etnosferske i tehnosferske funkcije atmosfere, utvrđene nedavno (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), zahtijevaju neovisnu i dubinsku studiju. Stoga je proučavanje energetskih funkcija atmosfere vrlo relevantno kako u smislu nastanka i odvijanja procesa koji oštećuju okoliš, tako i u smislu utjecaja na zdravlje i dobrobit ljudi. U ovom slučaju, riječ je o energiji ciklona i anticiklona, ​​atmosferskih vrtloga, atmosferskog tlaka i drugih ekstremnih atmosferskih pojava čije će učinkovito korištenje pridonijeti uspješnom rješavanju problema dobivanja alternativnih izvora energije koji ne zagađuju okoliš. okoliš. Uostalom, zračni okoliš, posebno onaj njegov dio koji se nalazi iznad Svjetskog oceana, područje je oslobađanja kolosalne količine slobodne energije.

Primjerice, utvrđeno je da tropski cikloni prosječne jačine u samo jednom danu oslobađaju energiju ekvivalentnu energiji 500.000 atomskih bombi bačenih na Hirošimu i Nagasaki. Za 10 dana postojanja takvog ciklona oslobodi se dovoljno energije da podmiri sve energetske potrebe zemlje poput SAD-a za 600 godina.

Posljednjih godina objavljen je velik broj radova prirodoslovaca koji se u određenoj mjeri odnose na različite aspekte djelovanja i utjecaja atmosfere na zemljine procese, što ukazuje na intenziviranje interdisciplinarnih interakcija u suvremenoj prirodnoj znanosti. Pritom se očituje integrirajuća uloga pojedinih njezinih pravaca, među kojima valja istaknuti funkcionalno-ekološki smjer u geoekologiji.

Ovaj smjer potiče analizu i teoretsku generalizaciju ekoloških funkcija i planetarne uloge različitih geosfera, a to je pak važan preduvjet za razvoj metodologije i znanstvenih osnova za cjelovito proučavanje našeg planeta, racionalno korištenje i zaštitu svojih prirodnih bogatstava.

Zemljina atmosfera se sastoji od nekoliko slojeva: troposfere, stratosfere, mezosfere, termosfere, ionosfere i egzosfere. U gornjem dijelu troposfere i donjem dijelu stratosfere nalazi se sloj obogaćen ozonom koji se naziva ozonski omotač. Utvrđene su određene (dnevne, sezonske, godišnje i dr.) zakonitosti u raspodjeli ozona. Od svog nastanka atmosfera je utjecala na tijek planetarnih procesa. Primarni sastav atmosfere bio je potpuno drugačiji od sadašnjeg, no s vremenom je udio i uloga molekularnog dušika stalno rasla, prije oko 650 milijuna godina pojavio se slobodni kisik čija je količina stalno rasla, ali se u skladu s tim smanjivala koncentracija ugljičnog dioksida. . Visoka pokretljivost atmosfere, njezin plinski sastav i prisutnost aerosola određuju njezinu izuzetnu ulogu i aktivno sudjelovanje u raznim geološkim i biosferskim procesima. Uloga atmosfere u preraspodjeli Sunčeve energije i razvoju katastrofalnih prirodnih pojava i katastrofa je velika. Atmosferski vrtlozi – tornada (tornada), uragani, tajfuni, cikloni i druge pojave imaju negativan utjecaj na organski svijet i prirodne sustave. Glavni izvori onečišćenja, uz prirodne čimbenike, jesu različiti oblici ljudske gospodarske djelatnosti. Antropogeni utjecaji na atmosferu izraženi su ne samo pojavom različitih aerosola i stakleničkih plinova, već i povećanjem količine vodene pare, a manifestiraju se u obliku smoga i kiselih kiša. Staklenički plinovi mijenjaju temperaturni režim zemljine površine, emisije pojedinih plinova smanjuju volumen ozonskog zaslona i doprinose stvaranju ozonskih rupa. Etnosferska uloga Zemljine atmosfere je velika.

Uloga atmosfere u prirodnim procesima

Površinska atmosfera u svom srednjem stanju između litosfere i svemira i svojim plinovitim sastavom stvara uvjete za život organizama. Pritom trošenje i intenzitet razaranja stijena, prijenos i nakupljanje detritalnog materijala ovise o količini, prirodi i učestalosti oborina, o učestalosti i jačini vjetrova, a posebice o temperaturi zraka. Atmosfera je središnja komponenta klimatskog sustava. Temperatura i vlažnost zraka, naoblaka i padaline, vjetar - sve to karakterizira vrijeme, odnosno stanje atmosfere koja se neprestano mijenja. Ujedno, te iste komponente karakteriziraju i klimu, odnosno prosječni višegodišnji vremenski režim.

Sastav plinova, prisutnost oblaka i raznih nečistoća, koje se nazivaju aerosolne čestice (pepeo, prašina, čestice vodene pare), određuju karakteristike prolaska sunčevog zračenja kroz atmosferu i sprječavaju izlazak Zemljinog toplinskog zračenja. u svemir.

Zemljina je atmosfera vrlo pokretljiva. Procesi koji se u njemu odvijaju i promjene njegovog plinovitog sastava, debljine, zamućenosti, prozirnosti i prisutnosti raznih aerosolnih čestica utječu i na vrijeme i na klimu.

Djelovanje i smjer prirodnih procesa, kao i život i djelovanje na Zemlji, određeni su sunčevim zračenjem. Daje 99,98% topline koja dolazi na površinu zemlje. Godišnje čini 134*10 19 kcal. Ova količina topline može se dobiti spaljivanjem 200 milijardi tona ugljena. Zalihe vodika, koji stvara ovaj tok termonuklearne energije u masi Sunca, bit će dovoljne za još najmanje 10 milijardi godina, odnosno za razdoblje dvostruko duže od postojanja samog našeg planeta.

Oko 1/3 ukupne količine sunčeve energije koja ulazi u gornju granicu atmosfere reflektira se natrag u svjetski prostor, 13% apsorbira ozonski omotač (uključujući gotovo svo ultraljubičasto zračenje). 7% - ostatak atmosfere i samo 44% dopire do površine zemlje. Ukupna sunčeva radijacija koja dopire do Zemlje u jednom danu jednaka je energiji koju je čovječanstvo primilo kao rezultat izgaranja svih vrsta goriva u proteklom tisućljeću.

Količina i priroda raspodjele sunčevog zračenja na zemljinoj površini usko su ovisni o naoblaci i prozirnosti atmosfere. Na količinu raspršenog zračenja utječu visina Sunca iznad horizonta, prozirnost atmosfere, sadržaj vodene pare, prašine, ukupna količina ugljičnog dioksida itd.

Najveća količina raspršenog zračenja pada u polarne regije. Što je Sunce niže iznad horizonta, manje topline ulazi u određeno područje.

Prozirnost atmosfere i naoblaka su od velike važnosti. Na oblačan ljetni dan obično je hladnije nego na vedar, jer dnevni oblaci sprječavaju zagrijavanje zemljine površine.

Sadržaj prašine u atmosferi igra važnu ulogu u raspodjeli topline. Fino raspršene krute čestice prašine i pepela u njemu, koje utječu na njegovu prozirnost, nepovoljno utječu na raspodjelu sunčevog zračenja, koje se najvećim dijelom reflektira. Fine čestice ulaze u atmosferu na dva načina: ili pepeo izbačen tijekom vulkanskih erupcija, ili pustinjska prašina nošena vjetrovima iz sušnih tropskih i suptropskih područja. Posebno puno takve prašine nastaje tijekom suša, kada se strujama toplog zraka prenosi u gornje slojeve atmosfere i tamo može ostati dugo vremena. Nakon erupcije vulkana Krakatoa 1883. prašina bačena desecima kilometara u atmosferu ostala je u stratosferi oko 3 godine. Kao rezultat erupcije vulkana El Chichon (Meksiko) 1985. prašina je stigla u Europu, pa je došlo do blagog pada površinskih temperatura.

Zemljina atmosfera sadrži različite količine vodene pare. U apsolutnom iznosu, po masi ili volumenu, njegova količina se kreće od 2 do 5%.

Vodena para, kao i ugljikov dioksid, pojačava efekt staklenika. U oblacima i maglama koje nastaju u atmosferi odvijaju se osebujni fizikalno-kemijski procesi.

Primarni izvor vodene pare u atmosferi je površina oceana. Iz njega godišnje ispari sloj vode debljine 95 do 110 cm.Dio vlage se nakon kondenzacije vraća u ocean, a drugi se zračnim strujama usmjerava prema kontinentima. U krajevima s promjenjivo-vlažnom klimom oborine vlaže tlo, au vlažnim krajevima stvaraju rezerve podzemne vode. Dakle, atmosfera je akumulator vlage i rezervoar oborina. a magle koje nastaju u atmosferi osiguravaju vlagu pokrovu tla i tako imaju odlučujuću ulogu u razvoju životinjskog i biljnog svijeta.

Atmosferska vlaga raspoređena je po zemljinoj površini zahvaljujući pokretljivosti atmosfere. Ima vrlo složen sustav raspodjele vjetrova i tlaka. Zbog činjenice da je atmosfera u neprekidnom kretanju, priroda i opseg raspodjele tokova vjetra i tlaka stalno se mijenjaju. Ljestvice cirkulacije variraju od mikrometeorološke, veličine svega nekoliko stotina metara, do globalne, veličine nekoliko desetaka tisuća kilometara. Ogromni atmosferski vrtlozi uključeni su u stvaranje sustava velikih zračnih struja i određuju opću cirkulaciju atmosfere. Osim toga, oni su izvori katastrofalnih atmosferskih pojava.

O atmosferskom tlaku ovisi raspored vremenskih i klimatskih prilika te funkcioniranje žive tvari. U slučaju da atmosferski tlak varira u malim granicama, on nema presudnu ulogu u dobrobiti ljudi i ponašanju životinja i ne utječe na fiziološke funkcije biljaka. U pravilu su frontalne pojave i promjene vremena povezane s promjenama tlaka.

Za nastanak vjetra od temeljne je važnosti atmosferski tlak, koji kao reljefotvorni čimbenik najjače djeluje na biljni i životinjski svijet.

Vjetar je u stanju suzbiti rast biljaka i istovremeno pospješuje prijenos sjemena. Uloga vjetra u formiranju vremenskih i klimatskih prilika je velika. On također djeluje kao regulator morskih struja. Vjetar kao jedan od egzogenih čimbenika doprinosi eroziji i deflaciji istrošenog materijala na velike udaljenosti.

Ekološka i geološka uloga atmosferskih procesa

Smanjenje prozirnosti atmosfere zbog pojave aerosolnih čestica i krute prašine u njoj utječe na raspodjelu sunčevog zračenja, povećavajući albedo ili reflektivnost. Razne kemijske reakcije dovode do istog rezultata, uzrokujući razgradnju ozona i stvaranje "bisernih" oblaka, koji se sastoje od vodene pare. Globalne promjene reflektivnosti, kao i promjene u plinskom sastavu atmosfere, uglavnom stakleničkih plinova, uzrok su klimatskih promjena.

Neravnomjerno zagrijavanje, koje uzrokuje razlike u atmosferskom tlaku na različitim dijelovima zemljine površine, dovodi do atmosferskog kruženja, što je obilježje troposfere. Kada postoji razlika u tlaku, zrak juri iz područja visokog tlaka u područja niskog tlaka. Ova kretanja zračnih masa, zajedno s vlagom i temperaturom, određuju glavne ekološke i geološke značajke atmosferskih procesa.

Ovisno o brzini, vjetar proizvodi različite geološke radove na zemljinoj površini. Brzinom od 10 m/s trese debele grane drveća, podiže i nosi prašinu i sitni pijesak; lomi grane drveća brzinom od 20 m/s, nosi pijesak i šljunak; brzinom od 30 m/s (bura) otkida krovove s kuća, čupa drveće, lomi stupove, pomiče kamenčiće i nosi sitni šljunak, a orkanska bura brzinom od 40 m/s ruši kuće, lomi i ruši dalekovode. motke, čupa velika stabla.

Velik negativan utjecaj na okoliš s katastrofalnim posljedicama imaju oluje i tornada (tornada) - atmosferski vrtlozi koji nastaju u toploj sezoni na snažnim atmosferskim frontama brzinom do 100 m/s. Nevrijeme su horizontalni vrtlozi s orkanskim brzinama vjetra (do 60-80 m/s). Često su praćeni jakim pljuskovima i grmljavinom u trajanju od nekoliko minuta do pola sata. Olujne oluje pokrivaju područja širine do 50 km i putuju na udaljenosti od 200-250 km. Jaka oluja u Moskvi i Podmoskovlju 1998. godine oštetila je krovove mnogih kuća i srušila stabla.

Tornada, koja se u Sjevernoj Americi nazivaju tornada, snažni su atmosferski vrtlozi u obliku lijevka koji se često povezuju s grmljavinskim oblacima. To su stupovi zraka koji se sužavaju u sredini promjera od nekoliko desetaka do stotina metara. Tornado ima izgled lijevka, vrlo sličnog slonovoj surli, koji se spušta iz oblaka ili se diže s površine zemlje. Posjedujući jaku razrijeđenost i veliku brzinu rotacije, tornado putuje i do nekoliko stotina kilometara, uvlačeći prašinu, vodu iz rezervoara i razne predmete. Snažna tornada praćena su grmljavinom, kišom i imaju veliku razornu moć.

Tornada se rijetko pojavljuju u subpolarnim ili ekvatorijalnim područjima, gdje je stalno hladno ili vruće. Nekoliko tornada na otvorenom oceanu. Tornada se javljaju u Europi, Japanu, Australiji, SAD-u, au Rusiji su posebno česta u Središnjoj Crnoj zemlji, u Moskovskoj, Jaroslavskoj, Nižnjenovgorodskoj i Ivanovskoj oblasti.

Tornada podižu i pomiču automobile, kuće, vagone, mostove. Posebno razorna tornada (tornada) uočena su u Sjedinjenim Državama. Godišnje se zabilježi od 450 do 1500 tornada, s prosječno oko 100 žrtava. Tornada su atmosferski katastrofalni procesi koji brzo djeluju. Nastaju za samo 20-30 minuta, a vrijeme postojanja im je 30 minuta. Stoga je gotovo nemoguće predvidjeti vrijeme i mjesto pojave tornada.

Ostali razorni, ali dugotrajni atmosferski vrtlozi su cikloni. Nastaju zbog pada tlaka, koji pod određenim uvjetima doprinosi nastanku kružnog kretanja zračnih struja. Atmosferski vrtlozi nastaju oko snažnih uzlaznih struja vlažnog toplog zraka i rotiraju velikom brzinom u smjeru kazaljke na satu na južnoj hemisferi i suprotno od kazaljke na satu na sjevernoj hemisferi. Cikloni, za razliku od tornada, nastaju iznad oceana i proizvode svoje razorno djelovanje nad kontinentima. Glavni razorni čimbenici su jaki vjetrovi, intenzivne oborine u obliku snježnih oborina, pljuskova, tuče i naletnih poplava. Vjetrovi brzine 19 - 30 m / s formiraju oluju, 30 - 35 m / s - oluju, a više od 35 m / s - uragan.

Tropski cikloni - uragani i tajfuni - imaju prosječnu širinu od nekoliko stotina kilometara. Brzina vjetra unutar ciklona doseže snagu uragana. Tropski cikloni traju od nekoliko dana do nekoliko tjedana, krećući se brzinom od 50 do 200 km/h. Cikloni srednje geografske širine imaju veći promjer. Njihove poprečne dimenzije kreću se od tisuću do nekoliko tisuća kilometara, brzina vjetra je olujna. Kreću se na sjevernoj hemisferi sa zapada i praćeni su tučom i snježnim padalinama koje su katastrofalne. Cikloni i njima pridruženi uragani i tajfuni najveće su prirodne katastrofe nakon poplava po broju žrtava i prouzročenoj šteti. U gusto naseljenim područjima Azije broj žrtava tijekom uragana mjeri se u tisućama. Godine 1991. u Bangladešu je tijekom uragana koji je izazvao formiranje morskih valova visokih 6 m poginulo 125 tisuća ljudi. Tajfuni uzrokuju veliku štetu Sjedinjenim Državama. Kao rezultat toga umiru deseci i stotine ljudi. U zapadnoj Europi uragani uzrokuju manje štete.

Grmljavinska nevremena smatraju se katastrofalnim atmosferskim fenomenom. Nastaju kada se topao, vlažan zrak vrlo brzo diže. Na granici tropskog i suptropskog pojasa grmljavinske oluje se javljaju 90-100 dana godišnje, u umjerenom pojasu 10-30 dana. Kod nas se najveći broj grmljavinskih nevremena događa na sjevernom Kavkazu.

Grmljavinska nevremena obično traju manje od sat vremena. Posebnu opasnost predstavljaju intenzivni pljuskovi, tuča, udari groma, udari vjetra i vertikalna strujanja zraka. Opasnost od tuče određena je veličinom zrna tuče. Na Sjevernom Kavkazu masa zrna tuče jednom je dosegla 0,5 kg, au Indiji su zabilježena zrna tuče teška 7 kg. Najopasnija područja u našoj zemlji nalaze se na sjevernom Kavkazu. U srpnju 1992. tuča je oštetila 18 zrakoplova u zračnoj luci Mineralnye Vody.

Munje su opasna vremenska pojava. Ubijaju ljude, stoku, izazivaju požare, oštećuju električnu mrežu. Od grmljavinskih oluja i njihovih posljedica godišnje u svijetu umre oko 10.000 ljudi. Štoviše, u nekim dijelovima Afrike, u Francuskoj i Sjedinjenim Državama, broj žrtava od udara groma je veći nego od drugih prirodnih fenomena. Godišnja ekonomska šteta od grmljavinskih oluja u Sjedinjenim Državama iznosi najmanje 700 milijuna dolara.

Suše su tipične za pustinjska, stepska i šumsko-stepska područja. Nedostatak padalina uzrokuje isušivanje tla, snižavanje razine podzemnih voda i akumulacija do potpunog presušenja. Nedostatak vlage dovodi do smrti vegetacije i usjeva. Suše su posebno jake u Africi, Bliskom i Srednjem istoku, središnjoj Aziji i južnoj Sjevernoj Americi.

Suše mijenjaju uvjete ljudskog života, nepovoljno utječu na prirodni okoliš kroz procese kao što su zaslanjivanje tla, suhi vjetrovi, prašine, erozije tla i šumski požari. Požari su posebno jaki tijekom suše u predjelima tajge, tropskim i suptropskim šumama i savanama.

Suše su kratkotrajni procesi koji traju jednu sezonu. Kada suše traju dulje od dvije sezone, postoji opasnost od gladi i masovne smrtnosti. Obično se učinak suše proteže na područje jedne ili više zemalja. Posebno često se dugotrajne suše s tragičnim posljedicama događaju u području Sahela u Africi.

Atmosferske pojave kao što su snježne padaline, povremene obilne kiše i dugotrajne dugotrajne kiše uzrokuju velike štete. Snježne padaline uzrokuju masivne lavine u planinama, a brzo topljenje snijega i dugotrajne obilne kiše dovode do poplava. Ogromna masa vode koja pada na površinu zemlje, posebno u područjima bez drveća, uzrokuje jaku eroziju pokrova tla. Dolazi do intenzivnog rasta jaruško-grednih sustava. Poplave nastaju kao posljedica velikih poplava u razdoblju obilnih oborina ili poplava nakon naglog zatopljenja ili proljetnog otapanja snijega, pa su po svom podrijetlu atmosferske pojave (o njima se govori u poglavlju o ekološkoj ulozi hidrosfere).

Antropogene promjene atmosfere

Trenutno postoji mnogo različitih izvora antropogene prirode koji uzrokuju onečišćenje atmosfere i dovode do ozbiljnih kršenja ekološke ravnoteže. Što se tiče razmjera, dva izvora imaju najveći utjecaj na atmosferu: promet i industrija. U prosjeku, promet čini oko 60% ukupne količine atmosferskog onečišćenja, industrija - 15%, toplinska energija - 15%, tehnologije za uništavanje kućnog i industrijskog otpada - 10%.

Promet, ovisno o korištenom gorivu i vrsti oksidansa, emitira u atmosferu dušikove okside, sumpor, okside i diokside ugljika, olovo i njegove spojeve, čađu, benzopiren (tvar iz skupine policikličkih aromatskih ugljikovodika, koja se jak kancerogen koji uzrokuje rak kože).

Industrija u atmosferu ispušta sumporni dioksid, ugljikove okside i diokside, ugljikovodike, amonijak, sumporovodik, sumpornu kiselinu, fenol, klor, fluor i druge spojeve i kemikalije. Ali dominantan položaj među emisijama (do 85%) zauzima prašina.

Kao posljedica onečišćenja mijenja se prozirnost atmosfere, u njoj se pojavljuju aerosoli, smog i kisele kiše.

Aerosoli su raspršeni sustavi koji se sastoje od krutih čestica ili tekućih kapljica suspendiranih u plinovitom mediju. Veličina čestica disperzne faze je obično 10 -3 -10 -7 cm Ovisno o sastavu disperzne faze, aerosoli se dijele u dvije skupine. Jedan uključuje aerosole koji se sastoje od čvrstih čestica raspršenih u plinovitom mediju, drugi - aerosole, koji su mješavina plinovite i tekuće faze. Prvi se nazivaju dimovi, a drugi - magle. U procesu njihovog nastanka važnu ulogu imaju kondenzacijski centri. Kao kondenzacijske jezgre djeluju vulkanski pepeo, kozmička prašina, proizvodi industrijskih emisija, razne bakterije itd. Broj mogućih izvora koncentracijskih jezgri stalno raste. Tako, na primjer, kada se suha trava uništi vatrom na površini od 4000 m 2, formira se prosječno 11 * 10 22 jezgri aerosola.

Aerosoli su se počeli formirati od trenutka nastanka našeg planeta i utjecali su na prirodne uvjete. Međutim, njihov broj i djelovanje, usklađeno s općim kruženjem tvari u prirodi, nije izazvalo duboke ekološke promjene. Antropogeni čimbenici njihovog nastanka pomaknuli su ovu ravnotežu prema značajnim biosferskim preopterećenjima. Ovo je svojstvo posebno izraženo otkako je čovječanstvo počelo koristiti posebno stvorene aerosole kako u obliku otrovnih tvari tako i za zaštitu bilja.

Najopasniji za vegetacijski pokrov su aerosoli sumpornog dioksida, fluorovodika i dušika. U dodiru s mokrom površinom lišća stvaraju kiseline koje štetno djeluju na živa bića. Kisele maglice zajedno s udahnutim zrakom ulaze u dišne ​​organe životinja i ljudi te agresivno djeluju na sluznice. Neki od njih razgrađuju živo tkivo, a radioaktivni aerosoli uzrokuju rak. Među radioaktivnim izotopima posebnu opasnost predstavlja SG 90 ne samo zbog svoje kancerogenosti, već i kao analog kalcija, zamjenjujući ga u kostima organizama, uzrokujući njihovu razgradnju.

Tijekom nuklearnih eksplozija u atmosferi se stvaraju oblaci radioaktivnih aerosola. Male čestice s radijusom od 1 - 10 mikrona padaju ne samo u gornje slojeve troposfere, već iu stratosferu, u kojoj mogu ostati dugo vremena. Aerosolni oblaci nastaju i tijekom rada reaktora industrijskih postrojenja koja proizvode nuklearno gorivo, kao i kao posljedica nesreća u nuklearnim elektranama.

Smog je mješavina aerosola s tekućim i čvrstim raspršenim fazama koje stvaraju magloviti zastor iznad industrijskih područja i velikih gradova.

Postoje tri vrste smoga: ledeni, mokri i suhi. Ledeni smog naziva se aljaski. Ovo je kombinacija plinovitih zagađivača s dodatkom čestica prašine i kristala leda koji nastaju smrzavanjem kapljica magle i pare iz sustava grijanja.

Mokri smog ili smog londonskog tipa ponekad se naziva zimski smog. To je mješavina plinovitih zagađivača (uglavnom sumpornog dioksida), čestica prašine i kapljica magle. Meteorološki preduvjet za pojavu zimskog smoga je mirno vrijeme, u kojem se sloj toplog zraka nalazi iznad površinskog sloja hladnog zraka (ispod 700 m). Istovremeno, izostaje ne samo horizontalna, već i vertikalna razmjena. Zagađivači, koji su obično raspršeni u visokim slojevima, u ovom se slučaju nakupljaju u površinskom sloju.

Suhi smog javlja se tijekom ljeta i često se naziva smog tipa LA. To je mješavina ozona, ugljičnog monoksida, dušikovih oksida i kiselih para. Takav smog nastaje kao rezultat razgradnje zagađivača sunčevim zračenjem, posebice njegovim ultraljubičastim dijelom. Meteorološki preduvjet je atmosferska inverzija koja se izražava u pojavi sloja hladnog zraka iznad toplog. Plinovi i krute čestice koje obično podižu struje toplog zraka zatim se raspršuju u gornjim hladnim slojevima, ali u ovom slučaju se nakupljaju u inverzijskom sloju. U procesu fotolize, dušikovi dioksidi nastali izgaranjem goriva u automobilskim motorima razgrađuju se:

NE 2 → NE + O

Tada dolazi do sinteze ozona:

O + O 2 + M → O 3 + M

NE + O → NE 2

Procesi fotodisocijacije popraćeni su žuto-zelenim sjajem.

Osim toga, reakcije se odvijaju prema tipu: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, tj. nastaje jaka sumporna kiselina.

Promjenom meteoroloških uvjeta (pojavom vjetra ili promjenom vlažnosti) hladni zrak se rasipa i smog nestaje.

Prisutnost karcinogena u smogu dovodi do zatajenja disanja, iritacije sluznice, poremećaja cirkulacije, astmatičnog gušenja, a često i smrti. Smog je posebno opasan za malu djecu.

Kisela kiša je atmosferska oborina zakiseljena industrijskim emisijama sumpornih oksida, dušikovih oksida i para perklorne kiseline i klora otopljenih u njima. U procesu izgaranja ugljena i plina većina sumpora u njemu, kako u obliku oksida, tako i u spojevima sa željezom, osobito u piritu, pirotitu, kalkopiritu itd., prelazi u sumporni oksid, koji zajedno s ugljikom dioksida, ispušta se u atmosferu. Kada se atmosferski dušik i tehničke emisije spoje s kisikom, nastaju različiti dušikovi oksidi, a volumen nastalih dušikovih oksida ovisi o temperaturi izgaranja. Najveći dio dušikovih oksida nastaje tijekom rada vozila i dizel lokomotiva, a manji dio u energetskom sektoru i industrijskim poduzećima. Sumporni i dušikovi oksidi glavni su tvorci kiseline. Pri reakciji s atmosferskim kisikom i vodenom parom u njemu nastaju sumporna i dušična kiselina.

Poznato je da je alkalno-kisela ravnoteža medija određena pH vrijednošću. Neutralni okoliš ima pH vrijednost 7, kiseli okoliš ima pH vrijednost 0, a alkalni okoliš ima pH vrijednost 14. U modernom dobu pH vrijednost kišnice je 5,6, iako je u nedavnoj prošlosti bio neutralan. Smanjenje pH vrijednosti za jedan odgovara deseterostrukom povećanju kiselosti i stoga trenutno kiše s povećanom kiselošću padaju gotovo posvuda. Maksimalna kiselost kiša zabilježena u zapadnoj Europi bila je 4-3,5 pH. Treba uzeti u obzir da je pH vrijednost jednaka 4-4,5 pogubna za većinu riba.

Kisele kiše agresivno djeluju na vegetacijski pokrov Zemlje, na industrijske i stambene objekte te pridonose znatnom ubrzanju trošenja izloženih stijena. Povećanje kiselosti sprječava samoregulaciju neutralizacije tla u kojima su otopljena hranjiva. Zauzvrat, to dovodi do oštrog smanjenja prinosa i uzrokuje degradaciju vegetacijskog pokrova. Kiselost tla pridonosi otpuštanju teških tvari koje su u vezanom stanju, koje biljke postupno apsorbiraju, uzrokujući ozbiljna oštećenja tkiva u njima i prodirući u prehrambene lance ljudi.

Promjena alkalno-kiselog potencijala morskih voda, osobito u plitkim vodama, dovodi do prestanka razmnožavanja mnogih beskralješnjaka, uzrokuje uginuće riba i narušava ekološku ravnotežu u oceanima.

Zbog kiselih kiša, šume zapadne Europe, baltičkih država, Karelije, Urala, Sibira i Kanade su pod prijetnjom smrti.

Prostor je ispunjen energijom. Energija neravnomjerno ispunjava prostor. Postoje mjesta njegove koncentracije i pražnjenja. Na taj način možete procijeniti gustoću. Planet je uređen sustav, s maksimalnom gustoćom materije u središtu i postupnim smanjenjem koncentracije prema periferiji. Interakcijske sile određuju stanje materije, oblik u kojem ona postoji. Fizika opisuje stanje agregacije tvari: čvrste, tekuće, plinovite i tako dalje.

Atmosfera je plinoviti medij koji okružuje planet. Zemljina atmosfera omogućuje slobodno kretanje i propuštanje svjetlosti, stvarajući prostor u kojem život buja.

Područje od Zemljine površine do visine od približno 16 kilometara (manje od ekvatora do polova, također ovisi o godišnjem dobu) naziva se troposfera. Troposfera je sloj koji sadrži oko 80% zraka u atmosferi i gotovo svu vodenu paru. Tu se odvijaju procesi koji oblikuju vrijeme. Tlak i temperatura opadaju s visinom. Razlog smanjenja temperature zraka je adijabatski proces, kada se plin širi, hladi se. Na gornjoj granici troposfere vrijednosti mogu doseći -50, -60 stupnjeva Celzijusa.

Slijedi stratosfera. Proteže se do 50 kilometara. U ovom sloju atmosfere temperatura raste s visinom, poprimajući vrijednost na gornjoj točki od oko 0 C. Porast temperature uzrokovan je procesom apsorpcije ultraljubičastih zraka od strane ozonskog omotača. Zračenje uzrokuje kemijsku reakciju. Molekule kisika se razlažu na pojedinačne atome koji se mogu spojiti s normalnim molekulama kisika u ozon.

Zračenje Sunca s valnim duljinama između 10 i 400 nanometara klasificirano je kao ultraljubičasto. Što je valna duljina UV zračenja kraća, veća je opasnost za žive organizme. Samo mali dio zračenja dopire do površine Zemlje, štoviše, manje aktivan dio njegovog spektra. Ova značajka prirode omogućuje osobi da dobije zdravu sunčanu boju.

Sljedeći sloj atmosfere naziva se mezosfera. Ograničenja od otprilike 50 km do 85 km. U mezosferi je koncentracija ozona, koji bi mogao uhvatiti UV energiju, niska, pa temperatura ponovno počinje padati s visinom. Na vrhuncu temperatura pada do -90 C, neki izvori navode vrijednost od -130 C. Većina meteoroida izgori u ovom sloju atmosfere.

Sloj atmosfere koji se proteže od visine od 85 km do udaljenosti od 600 km od Zemlje naziva se termosfera. Termosfera je prva koja se susreće sa sunčevim zračenjem, uključujući i tzv. vakuumsko ultraljubičasto.

Vakuumsko UV zračenje zadržava zrak, zagrijavajući tako ovaj sloj atmosfere do enormnih temperatura. Međutim, budući da je ovdje tlak izuzetno nizak, ovaj naizgled užareni plin nema isti učinak na objekte kao u uvjetima na zemljinoj površini. Naprotiv, predmeti postavljeni u takvo okruženje će se ohladiti.

Na visini od 100 km prolazi uvjetna linija "Karmanova linija" koja se smatra početkom svemira.

Aurore se javljaju u termosferi. U ovom sloju atmosfere solarni vjetar stupa u interakciju s magnetskim poljem planeta.

Posljednji sloj atmosfere je egzosfera, vanjski omotač koji se proteže tisućama kilometara. Egzosfera je praktički prazno mjesto, međutim, broj atoma koji lutaju ovdje je red veličine veći nego u međuplanetarnom prostoru.

Osoba udiše zrak. Normalni tlak je 760 milimetara žive. Na visini od 10 000 m tlak je oko 200 mm. rt. Umjetnost. Na ovoj visini čovjek vjerojatno može disati, barem ne dugo, ali za to je potrebna priprema. Država će očito biti neoperativna.

Plinski sastav atmosfere: 78% dušika, 21% kisika, oko postotak argona, sve ostalo je mješavina plinova koja predstavlja najmanji udio od ukupnog broja.

Plavi planet...

Ova se tema trebala pojaviti na web mjestu jedna od prvih. Uostalom, helikopteri su atmosferske letjelice. Zemljina atmosfera- njihovo, da tako kažem, stanište :-). A fizikalna svojstva zraka samo utvrdi kvalitetu ovog staništa :-). Dakle, to je jedna od osnova. A osnova se uvijek prvo piše. Ali tek sada sam shvatio ovo. Ipak, bolje je, kao što znate, kasno nego nikad ... Dotaknimo se ovog pitanja, ali bez upadanja u divljinu i nepotrebnih poteškoća :-).

Tako… Zemljina atmosfera. Ovo je plinoviti omotač našeg plavog planeta. Svi znaju ovo ime. Zašto plava? Jednostavno zato što se "plava" (kao i plava i ljubičasta) komponenta sunčeve svjetlosti (spektar) najbolje raspršuje u atmosferi, pa ju boji u plavkasto-plavkastu, ponekad s primjesom ljubičaste (za sunčanog dana, naravno :-)) .

Sastav Zemljine atmosfere.

Sastav atmosfere je prilično širok. U tekstu neću navoditi sve komponente, postoji dobra ilustracija za to.Sastav svih ovih plinova je gotovo konstantan, osim ugljičnog dioksida (CO 2 ). Osim toga, atmosfera nužno sadrži vodu u obliku para, lebdećih kapljica ili kristala leda. Količina vode nije stalna i ovisi o temperaturi i manjim dijelom o tlaku zraka. Osim toga, Zemljina atmosfera (osobito sadašnja) također sadrži određenu količinu, rekao bih "svakakve prljavštine" :-). To su SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, osim toga tu su i živine pare Hg. Istina, svega toga ima u malim količinama, hvala Bogu :-).

Zemljina atmosfera Uobičajeno je podijeliti u nekoliko zona koje slijede jedna drugu po visini iznad površine.

Prva, najbliža Zemlji, je troposfera. Ovo je najniži i, da tako kažem, glavni sloj za život raznih vrsta. Sadrži 80% mase cjelokupnog atmosferskog zraka (iako po volumenu čini samo oko 1% cjelokupne atmosfere) i oko 90% sve atmosferske vode. Glavnina svih vjetrova, oblaka, kiša i snijega 🙂 dolazi odatle. Troposfera se proteže do visine od oko 18 km u tropskim geografskim širinama i do 10 km u polarnim geografskim širinama. Temperatura zraka u njemu pada uz porast od oko 0,65º na svakih 100 m.

atmosferske zone.

Druga zona je stratosfera. Moram reći da se između troposfere i stratosfere razlikuje još jedna uska zona - tropopauza. Zaustavlja pad temperature s visinom. Tropopauza ima prosječnu debljinu od 1,5-2 km, ali su joj granice nejasne i troposfera se često preklapa sa stratosferom.

Dakle, stratosfera ima prosječnu visinu od 12 km do 50 km. Temperatura u njemu do 25 km ostaje nepromijenjena (oko -57ºS), zatim negdje do 40 km raste na oko 0ºS i dalje do 50 km ostaje nepromijenjena. Stratosfera je relativno miran dio zemljine atmosfere. U njemu praktički nema nepovoljnih vremenskih uvjeta. U stratosferi se poznati ozonski omotač nalazi na visinama od 15-20 km do 55-60 km.

Nakon toga slijedi mala stratopauza graničnog sloja, u kojoj temperatura ostaje oko 0ºS, a zatim je sljedeća zona mezosfera. Prostire se na nadmorskoj visini od 80-90 km, au njemu temperatura pada na oko 80ºS. U mezosferi obično postaju vidljivi mali meteori koji u njoj počinju svijetliti i tamo izgaraju.

Sljedeća uska praznina je mezopauza, a iza nje zona termosfere. Njegova visina je do 700-800 km. Ovdje temperatura ponovno počinje rasti i na visinama od oko 300 km može doseći vrijednosti reda 1200ºS. Nakon toga ostaje konstantan. Ionosfera se nalazi unutar termosfere do visine od oko 400 km. Ovdje je zrak jako ioniziran zbog izloženosti sunčevom zračenju i ima visoku električnu vodljivost.

Sljedeća i, općenito, posljednja zona je egzosfera. To je takozvana zona raspršenja. Ovdje su uglavnom prisutni vrlo razrijeđeni vodik i helij (s prevladavanjem vodika). Na visinama od oko 3000 km egzosfera prelazi u bliski svemirski vakuum.

Negdje je tako. Zašto oko? Budući da su ti slojevi prilično uvjetni. Moguće su različite promjene nadmorske visine, sastava plinova, vode, temperature, ionizacije itd. Osim toga, postoji mnogo više pojmova koji definiraju strukturu i stanje zemljine atmosfere.

Na primjer homosfera i heterosfera. U prvom su atmosferski plinovi dobro izmiješani i njihov sastav je prilično homogen. Drugi se nalazi iznad prvog i tamo praktički nema takvog miješanja. Plinovi se odvajaju gravitacijom. Granica između ovih slojeva nalazi se na visini od 120 km, a naziva se turbopauza.

Završimo s pojmovima, ali svakako ću dodati da je konvencionalno prihvaćeno da se granica atmosfere nalazi na nadmorskoj visini od 100 km. Ta se granica naziva Karmanova linija.

Dodat ću još dvije slike za ilustraciju strukture atmosfere. Prvi je, međutim, na njemačkom, ali je potpun i dovoljno ga je lako razumjeti :-). Može se povećati i dobro razmotriti. Drugi prikazuje promjenu atmosferske temperature s visinom.

Struktura Zemljine atmosfere.

Promjena temperature zraka s visinom.

Moderne orbitalne letjelice s ljudskom posadom lete na visinama od oko 300-400 km. No, ovo više nije zrakoplovstvo, iako je to područje, naravno, u određenom smislu blisko povezano, i sigurno ćemo o tome još :-).

Zona zrakoplovstva je troposfera. Moderni atmosferski zrakoplovi mogu letjeti i u nižim slojevima stratosfere. Na primjer, praktični strop MIG-25RB je 23000 m.

Let u stratosferi.

I točno fizikalna svojstva zraka troposfere određuju kakav će biti let, koliko će učinkovit biti sustav upravljanja zrakoplovom, kako će na njega utjecati turbulencije u atmosferi, kako će raditi motori.

Prvo glavno svojstvo je temperatura zraka. U plinodinamici se može odrediti na Celzijevoj ljestvici ili na Kelvinovoj ljestvici.

Temperatura t1 na zadanoj visini H na Celzijevoj ljestvici određuje se:

t 1 \u003d t - 6,5N, Gdje t je temperatura zraka pri tlu.

Temperatura na Kelvinovoj ljestvici naziva se apsolutna temperatura Nula na ovoj skali je apsolutna nula. Na apsolutnoj nuli prestaje toplinsko gibanje molekula. Apsolutna nula na Kelvinovoj ljestvici odgovara -273º na Celzijevoj ljestvici.

Sukladno tome, temperatura T na visokom H na Kelvinovoj skali određuje se:

T = 273 K + t - 6,5 H

Tlak zraka. Atmosferski tlak se mjeri u Pascalima (N/m 2), u starom sustavu mjerenja u atmosferama (atm.). Postoji i barometarski tlak. Ovo je tlak izmjeren u milimetrima živinog stupca pomoću živinog barometra. Barometarski tlak (tlak na razini mora) jednak 760 mm Hg. Umjetnost. naziva standard. U fizici, 1 atm. upravo jednako 760 mm Hg.

Gustoća zraka. U aerodinamici se najčešće koristi pojam masene gustoće zraka. To je masa zraka u 1 m3 volumena. Gustoća zraka mijenja se s visinom, zrak postaje rjeđi.

Vlažnost zraka. Pokazuje količinu vode u zraku. Postoji koncept " relativna vlažnost". Ovo je omjer mase vodene pare prema maksimalnoj mogućoj pri određenoj temperaturi. Koncept 0%, odnosno kada je zrak potpuno suh, može postojati općenito samo u laboratoriju. S druge strane, 100% vlažnost je sasvim realna. To znači da je zrak upio svu vodu koju je mogao upiti. Nešto poput apsolutno "pune spužve". Visoka relativna vlažnost smanjuje gustoću zraka, dok je niska relativna vlažnost povećava.

Zbog činjenice da se letovi zrakoplova odvijaju u različitim atmosferskim uvjetima, njihovi letni i aerodinamički parametri u jednom načinu leta mogu biti različiti. Stoga smo za ispravnu procjenu ovih parametara uveli Međunarodna standardna atmosfera (ISA). Prikazuje promjenu stanja zraka s porastom nadmorske visine.

Glavni parametri stanja zraka pri nultoj vlažnosti uzimaju se kao:

tlak P = 760 mm Hg. Umjetnost. (101,3 kPa);

temperatura t = +15°C (288 K);

gustoća mase ρ \u003d 1,225 kg / m 3;

Za ISA se pretpostavlja (kao što je gore spomenuto :-)) da temperatura pada u troposferi za 0,65º na svakih 100 metara nadmorske visine.

Standardna atmosfera (primjer do 10000 m).

ISA tablice koriste se za kalibraciju instrumenata, kao i za navigacijske i inženjerske proračune.

Fizikalna svojstva zraka također uključuju koncepte kao što su inertnost, viskoznost i kompresibilnost.

Inercija je svojstvo zraka koje karakterizira njegovu sposobnost da se odupre promjenama stanja mirovanja ili jednolikog pravocrtnog gibanja. . Mjera tromosti je masena gustoća zraka. Što je veći, veća je inercija i sila otpora medija kada se zrakoplov u njemu kreće.

Viskoznost. Određuje otpor trenja prema zraku dok se zrakoplov kreće.

Stlačivost mjeri promjenu gustoće zraka s promjenom tlaka. Pri malim brzinama letjelice (do 450 km/h) nema promjene tlaka pri strujanju zraka oko nje, ali pri velikim brzinama počinje se javljati učinak stlačivosti. Posebno je izražen njegov utjecaj na nadzvučne. Ovo je zasebno područje aerodinamike i tema za poseban članak :-).

Eto, čini se da je to za sada sve... Vrijeme je da završimo ovo pomalo zamorno nabrajanje od kojeg se, međutim, ne može odustati :-). Zemljina atmosfera, njegovi parametri, fizikalna svojstva zraka su za letjelicu jednako važni kao i parametri samog aparata i bilo ih je nemoguće ne spomenuti.

Za sada, do idućih susreta i još zanimljivih tema 🙂…

p.s. Za desert predlažem pogledati video snimljen iz kokpita blizanca MIG-25PU tijekom leta u stratosferu. Snimio je, očito, turist koji ima novca za takve letove :-). Snimano uglavnom kroz vjetrobransko staklo. Obratite pažnju na boju neba...