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 sudėtis

Atmosferos susidarymo istorija

Ankstyva istorija

Šiuo metu mokslas negali 100% tiksliai atsekti visų Žemės formavimosi etapų. Pagal labiausiai paplitusią teoriją, laikui bėgant Žemės atmosfera buvo keturių skirtingų kompozicijų. Iš pradžių jį sudarė lengvosios dujos (vandenilis ir helis), paimtos iš tarpplanetinės erdvės. Šis vadinamasis pirminė atmosfera. Kitame etape dėl aktyvios vulkaninės veiklos atmosfera buvo prisotinta kitomis dujomis nei vandenilis (angliavandeniliai, amoniakas, vandens garai). Štai taip antrinė atmosfera. Ši atmosfera buvo atkurianti. Be to, atmosferos formavimosi procesą lėmė šie veiksniai:

• nuolatinis vandenilio nutekėjimas į tarpplanetinę erdvę;
• cheminės reakcijos, vykstančios atmosferoje, veikiant ultravioletiniams spinduliams, 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

Dėl fotosintezės Žemėje atsiradus gyviems organizmams, kartu su deguonies išsiskyrimu ir anglies dioksido absorbcija, atmosferos sudėtis pradėjo keistis. Tačiau yra duomenų (atmosferos deguonies ir fotosintezės metu išsiskiriančio izotopinės sudėties analizė), patvirtinančių atmosferos deguonies geologinę kilmę.

Iš pradžių deguonis buvo naudojamas redukuotų junginių – angliavandenilių, geležies geležies, esančios vandenynuose, oksidacijai ir kt. Šio etapo pabaigoje deguonies kiekis atmosferoje pradėjo augti.

Dešimtajame dešimtmetyje buvo atlikti eksperimentai siekiant sukurti uždarą ekologinę sistemą („Biosfera 2“), kurių metu nebuvo įmanoma sukurti stabilios sistemos su viena oro sudėtimi. Dėl mikroorganizmų įtakos sumažėjo deguonies lygis ir padidėjo anglies dioksido kiekis.

Azotas

Didelis N 2 kiekis susidaro dėl pirminės amoniako-vandenilio atmosferos oksidacijos molekuliniu O 2, kuris pradėjo kilti iš planetos paviršiaus dėl fotosintezės, kaip ir tikėtasi, maždaug prieš 3 mlrd. (pagal kitą versiją atmosferos deguonis yra geologinės kilmės). Azotas viršutiniuose atmosferos sluoksniuose oksiduojamas į NO, naudojamas pramonėje ir surišamas azotą fiksuojančių bakterijų, o N 2 patenka į atmosferą dėl nitratų ir kitų azoto turinčių junginių denitrifikacijos.

Azotas N 2 yra inertinės dujos ir reaguoja tik tam tikromis sąlygomis (pavyzdžiui, žaibo išlydžio metu). Jį gali oksiduoti ir paversti biologine forma cianobakterijos, kai kurios bakterijos (pavyzdžiui, mazginės bakterijos, kurios formuoja rizobinę simbiozę su ankštiniais augalais).

Molekulinio azoto oksidacija elektros iškrovomis yra naudojama pramoninėje azoto trąšų gamyboje, taip pat Čilės Atakamos dykumoje susidarė unikalios salietros nuosėdos.

tauriųjų dujų

Kuro deginimas yra pagrindinis teršalų dujų (CO , NO, SO 2) šaltinis. Sieros dioksidą oksiduoja oras O 2 iki SO 3 viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, kurie sąveikauja su H 2 O ir NH 3 garais, o susidarę H 2 SO 4 ir (NH 4) 2 SO 4 kartu su krituliais grįžta į Žemės paviršių. . Vidaus degimo variklių naudojimas lemia didelę oro taršą azoto oksidais, angliavandeniliais ir Pb junginiais.

Atmosferos taršą aerozoliu sukelia tiek natūralios priežastys (ugnikalnio išsiveržimas, dulkių audros, jūros vandens lašelių ir žiedadulkių dalelių įsinešimas ir kt.), tiek žmogaus ūkinė veikla (rūdos ir statybinių medžiagų kasyba, kuro deginimas, cemento gamyba ir kt.). .) . Intensyvus didelio masto kietųjų dalelių pašalinimas į atmosferą yra viena iš galimų klimato kaitos priežasčių planetoje.

Atmosferos sandara ir atskirų kriauklių savybės

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, 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

Didžioji dalis trumpųjų bangų ultravioletinės spinduliuotės dalies (180-200 nm) pasilieka stratosferoje ir transformuojama trumpųjų bangų energija. Šių spindulių įtakoje kinta magnetiniai laukai, skyla molekulės, atsiranda jonizacija, naujai susidaro dujos ir kiti 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 disocijuoja CO 2 ir H 2, 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 aukštyje priklauso nuo jų molekulinių masių, sunkesnių dujų koncentracija mažėja greičiau tolstant nuo Žemės paviršiaus. Dėl sumažėjusio dujų tankio temperatūra nukrenta nuo 0°С stratosferoje iki −110°С 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 pereina į vadinamąjį artimojo kosmoso vakuumą, kuris užpildomas labai retomis tarpplanetinių dujų dalelėmis, daugiausia vandenilio atomais. Tačiau šios dujos yra tik tarpplanetinės materijos dalis. Kitą dalį sudaro į dulkes panašios kometinės ir meteorinės kilmės 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 neutrosfera 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. Taigi seka kintama heterosferos sudėtis. 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 netreniruotam žmogui išsivysto deguonies badas ir, neprisitaikius, gerokai 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, kurio reikia kvėpuoti. Tačiau dėl bendro atmosferos slėgio kritimo kylant į aukštį atitinkamai mažėja ir dalinis deguonies slėgis.

Žmogaus plaučiuose nuolat yra apie 3 litrus alveolių oro. Dalinis deguonies slėgis alveoliniame ore esant normaliam atmosferos slėgiui yra 110 mm Hg. Art., anglies dioksido slėgis - 40 mm Hg. Art., o vandens garai −47 mm Hg. Art. Didėjant aukščiui deguonies slėgis krenta, o bendras vandens garų ir anglies dioksido slėgis plaučiuose išlieka beveik pastovus – apie 87 mm Hg. Art. Deguonies srautas į plaučius visiškai sustos, kai aplinkinio oro slėgis taps lygus šiai vertei.

Maždaug 19-20 km aukštyje atmosferos slėgis nukrenta iki 47 mm Hg. Art. Todėl tokiame aukštyje žmogaus kūne 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. Esant pakankamam oro retėjimui, didesniame nei 36 km aukštyje, jonizuojanti spinduliuotė, pirminiai kosminiai spinduliai turi intensyvų poveikį organizmui; didesniame nei 40 km aukštyje veikia žmogui pavojinga ultravioletinė saulės spektro dalis.

Jo viršutinė riba yra 8-10 km aukštyje poliarinėse, 10-12 km vidutinio klimato ir 16-18 km atogrąžų platumose; mažesnė žiemą nei vasarą. Apatinis, pagrindinis atmosferos sluoksnis. Jame yra daugiau nei 80% visos atmosferos oro masės ir apie 90% visų atmosferoje esančių vandens garų. Troposferoje stipriai išsivysto turbulencija ir konvekcija, atsiranda debesys, vystosi ciklonai ir anticiklonai. Temperatūra mažėja didėjant aukščiui, o vidutinis vertikalus gradientas yra 0,65°/100 m

„Normalioms sąlygoms“ Žemės paviršiuje imamas: tankis 1,2 kg/m3, barometrinis slėgis 101,35 kPa, temperatūra plius 20 °C ir santykinė oro drėgmė 50%. Šie sąlyginiai rodikliai turi grynai inžinerinę vertę.

Stratosfera

Atmosferos sluoksnis, esantis 11–50 km aukštyje. Būdingas nedidelis temperatūros pokytis 11-25 km sluoksnyje (apatiniame stratosferos sluoksnyje) ir jo padidėjimas 25-40 km sluoksnyje nuo –56,5 iki 0,8 ° (viršutinė stratosfera arba inversijos sritis). Pasiekusi apie 273 K (beveik 0 °C) vertę maždaug 40 km aukštyje, temperatūra išlieka pastovi iki maždaug 55 km aukščio. Ši pastovios temperatūros sritis vadinama stratopauze ir yra riba tarp stratosferos ir mezosferos.

Stratopauzė

Atmosferos ribinis sluoksnis tarp stratosferos ir mezosferos. Vertikaliame temperatūros pasiskirstyme yra maksimumas (apie 0 °C).

Mezosfera

mezopauzė

Pereinamasis sluoksnis tarp mezosferos ir termosferos. Vertikaliame temperatūros pasiskirstyme yra minimumas (apie -90°C).

Karmano linija

Aukštis virš jūros lygio, kuris sutartinai pripažįstamas kaip riba tarp Žemės atmosferos ir kosmoso.

Termosfera

Viršutinė riba yra apie 800 km. Temperatūra pakyla iki 200–300 km aukščio, kur pasiekia 1500 K reikšmes, o po to išlieka beveik pastovi iki didelio aukščio. Veikiamas ultravioletinės ir rentgeno saulės spinduliuotės bei kosminės spinduliuotės, oras jonizuojasi („poliarinės šviesos“) – pagrindinės jonosferos sritys yra termosferos viduje. Virš 300 km aukštyje vyrauja atominis deguonis.

Egzosfera (dispersijos sfera)

Iki 100 km aukščio atmosfera yra vienalytis, gerai susimaišęs dujų mišinys. Aukštesniuose sluoksniuose dujų pasiskirstymas aukštyje priklauso nuo jų molekulinių masių, sunkesnių dujų koncentracija mažėja greičiau tolstant nuo Žemės paviršiaus. Dėl dujų tankio sumažėjimo 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 palaipsniui pereina į vadinamąją. šalia kosminio vakuumo, kuris užpildytas labai retomis tarpplanetinių dujų dalelėmis, daugiausia vandenilio atomais. Tačiau šios dujos yra tik tarpplanetinės materijos dalis. Kitą dalį sudaro į dulkes panašios kometinės ir meteorinės kilmės dalelės. Be itin retų į dulkes panašių 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 neutrosfera 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 turi įtakos dujų atsiskyrimui, nes jų maišymas tokiame aukštyje yra nereikšmingas. Taigi seka kintama heterosferos sudėtis. Po juo slypi gerai sumaišyta, vienalytė atmosferos dalis, vadinama homosfera. Riba tarp šių sluoksnių vadinama turbopauze, ji yra apie 120 km aukštyje.

Fizinės savybės

Atmosferos storis yra maždaug 2000–3000 km nuo Žemės paviršiaus. Bendra oro masė - (5,1-5,3)?10 18 kg. Švaraus sauso oro molinė masė yra 28,966. Slėgis 0 °C temperatūroje jūros lygyje 101,325 kPa; kritinė temperatūra -140,7 °C; kritinis slėgis 3,7 MPa; C p 1,0048?10? J / (kg K) (esant 0 °C), C v 0,7159 10? J/(kg K) (esant 0 °C). Oro tirpumas vandenyje esant 0°С – 0,036%, esant 25°С – 0,22%.

Fiziologinės ir kitos atmosferos savybės

Jau 5 km aukštyje virš jūros lygio netreniruotam žmogui išsivysto deguonies badas ir, neprisitaikius, gerokai 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, kurio reikia kvėpuoti. Tačiau dėl bendro atmosferos slėgio kritimo kylant į aukštį atitinkamai mažėja ir dalinis deguonies slėgis.

Žmogaus plaučiuose nuolat yra apie 3 litrus alveolių oro. Dalinis deguonies slėgis alveoliniame ore esant normaliam atmosferos slėgiui yra 110 mm Hg. Art., anglies dioksido slėgis - 40 mm Hg. Art., o vandens garai - 47 mm Hg. Art. Didėjant aukščiui deguonies slėgis krenta, o bendras vandens garų ir anglies dioksido slėgis plaučiuose išlieka beveik pastovus – apie 87 mm Hg. Art. Deguonies srautas į plaučius visiškai sustos, kai aplinkinio oro slėgis taps lygus šiai vertei.

Maždaug 19-20 km aukštyje atmosferos slėgis nukrenta iki 47 mm Hg. Art. Todėl tokiame aukštyje žmogaus kūne 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. Esant pakankamam oro retėjimui, didesniame nei 36 km aukštyje, jonizuojanti spinduliuotė, pirminiai kosminiai spinduliai turi intensyvų poveikį organizmui; didesniame nei 40 km aukštyje veikia žmogui pavojinga ultravioletinė saulės spektro dalis.

Kylant į vis didesnį aukštį virš Žemės paviršiaus, palaipsniui silpstant, o po to visiškai išnykstant tokie mums pažįstami, žemesniuose atmosferos sluoksniuose stebimi reiškiniai, tokie kaip garso sklidimas, aerodinaminio pakilimo atsiradimas. ir atsparumas, šilumos perdavimas konvekcijos būdu ir kt.

Retuose oro sluoksniuose garso sklidimas neįmanomas. Iki 60-90 km aukščio vis dar galima naudoti oro pasipriešinimą ir pakėlimą kontroliuojamam aerodinaminiam skrydžiui. Tačiau pradedant nuo 100–130 km aukščio, kiekvienam pilotui pažįstamos M skaičiaus ir garso barjero sąvokos praranda prasmę, eina sąlyginė Karmano linija, už kurios prasideda grynai balistinio skrydžio sfera, kurią galima tik valdyti. naudojant reaktyviąsias jėgas.

Didesniame nei 100 km aukštyje atmosfera taip pat netenka kitos nepaprastos savybės – gebėjimo sugerti, pravesti ir perduoti šiluminę energiją konvekcijos būdu (t.y. oro maišymo būdu). Tai reiškia, kad įvairių įrangos elementų, orbitinės kosminės stoties įrangos nepavyks vėsinti iš išorės taip, kaip tai įprastai daroma lėktuve – oro čiurkšlių ir oro radiatorių pagalba. Tokiame aukštyje, kaip ir apskritai erdvėje, vienintelis būdas perduoti šilumą yra šiluminė spinduliuotė.

Atmosferos sudėtis

Žemės atmosferą daugiausia sudaro dujos ir įvairios priemaišos (dulkės, vandens lašai, ledo kristalai, jūros druskos, degimo produktai).

Atmosferą sudarančių dujų koncentracija yra beveik pastovi, išskyrus vandenį (H 2 O) ir anglies dioksidą (CO 2).

Sauso oro sudėtis

Dujos	Turinys pagal tūrį, %	Turinys pagal svorį, %
Azotas	78,084	75,50
Deguonis	20,946	23,10
Argonas	0,932	1,286
Vanduo	0,5-4	-
Anglies dioksidas	0,032	0,046
Neoninis	1,818 × 10 -3	1,3 × 10 -3
Helis	4,6 × 10 -4	7,2 × 10 -5
Metanas	1,7 × 10 -4	-
Kriptonas	1,14 × 10 -4	2,9 × 10 -4
Vandenilis	5×10 −5	7,6 × 10 -5
Ksenonas	8,7 × 10 -6	-
Azoto oksidas	5×10 −5	7,7 × 10 -5

Be lentelėje nurodytų dujų, atmosferoje yra SO 2, NH 3, CO, ozono, angliavandenilių, HCl, garų, I 2, taip pat daug kitų dujų nedideliais kiekiais. Troposferoje nuolat yra daug suspenduotų kietųjų ir skystųjų dalelių (aerozolio).

Atmosferos susidarymo istorija

Pagal labiausiai paplitusią teoriją, laikui bėgant Žemės atmosfera buvo keturių skirtingų kompozicijų. Iš pradžių jį sudarė lengvosios dujos (vandenilis ir helis), paimtos iš tarpplanetinės erdvės. Šis vadinamasis pirminė atmosfera(prieš maždaug keturis milijardus metų). Kitame etape dėl aktyvios vulkaninės veiklos atmosfera buvo prisotinta kitomis dujomis nei vandenilis (anglies dioksidas, amoniakas, vandens garai). Štai taip antrinė atmosfera(maždaug trys milijardai metų prieš mūsų dienas). Ši atmosfera buvo atkurianti. Be to, atmosferos formavimosi procesą lėmė šie veiksniai:

• lengvųjų dujų (vandenilio ir helio) nutekėjimas į tarpplanetinę erdvę;
• cheminės reakcijos, vykstančios atmosferoje, veikiant ultravioletiniams spinduliams, 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).

Azotas

Didelis N 2 kiekis susidaro dėl amoniako-vandenilio atmosferos oksidacijos molekuliniu O 2, kuris pradėjo kilti iš planetos paviršiaus fotosintezės metu, pradedant nuo 3 milijardų metų. N 2 taip pat patenka į atmosferą dėl nitratų ir kitų azoto turinčių junginių denitrifikacijos. Viršutiniuose atmosferos sluoksniuose azotą ozonas oksiduoja į NO.

Azotas N 2 patenka į reakcijas tik tam tikromis sąlygomis (pavyzdžiui, žaibo išlydžio metu). Molekulinio azoto oksidavimas ozonu elektros iškrovų metu naudojamas pramoninėje azoto trąšų gamyboje. Jį sunaudojant mažai energijos gali oksiduoti ir paversti biologiškai aktyvia forma melsvadumbliai (melsvadumbliai) ir mazginės bakterijos, kurios formuoja rizobinę simbiozę su ankštiniais augalais, vadinamąją. žalioji trąša.

Deguonis

Atmosferos sudėtis pradėjo radikaliai keistis, kai Žemėje atsirado gyvi organizmai, dėl fotosintezės, kurią lydėjo deguonies išsiskyrimas ir anglies dioksido absorbcija. Iš pradžių deguonis buvo naudojamas redukuotų junginių – amoniako, angliavandenilių, geležies geležies, esančios vandenynuose ir kt., oksidacijai. Šio etapo pabaigoje deguonies kiekis atmosferoje pradėjo augti. Palaipsniui susiformavo moderni atmosfera su oksidacinėmis savybėmis. Kadangi tai sukėlė rimtų ir staigių pokyčių daugelyje atmosferoje, litosferoje ir biosferoje vykstančių procesų, šis įvykis buvo vadinamas deguonies katastrofa.

Anglies dioksidas

CO 2 kiekis atmosferoje priklauso nuo ugnikalnio aktyvumo ir cheminių procesų žemės lukštuose, bet labiausiai – nuo ​​biosintezės ir organinių medžiagų skilimo Žemės biosferoje intensyvumo. Beveik visa dabartinė planetos biomasė (apie 2,4 × 10 12 tonų) susidaro dėl atmosferos ore esančių anglies dioksido, azoto ir vandens garų. Vandenynuose, pelkėse ir miškuose palaidotos organinės medžiagos virsta anglimi, nafta ir gamtinėmis dujomis. (žr. Geocheminį anglies ciklą)

tauriųjų dujų

Oro tarša

Pastaruoju metu žmogus pradėjo daryti įtaką atmosferos evoliucijai. Jo veiklos rezultatas – nuolatinis reikšmingas anglies dioksido kiekio atmosferoje padidėjimas dėl ankstesnėse geologinėse epochose sukaupto angliavandenilio kuro degimo. Fotosintezės metu sunaudojamas didžiulis CO 2 kiekis, kurį sugeria pasaulio vandenynai. Šios dujos į atmosferą patenka dėl karbonatinių uolienų ir augalinės bei gyvūninės kilmės organinių medžiagų irimo, taip pat dėl ​​vulkanizmo ir žmogaus gamybinės veiklos. Per pastaruosius 100 metų CO 2 kiekis atmosferoje padidėjo 10%, o didžioji dalis (360 mlrd. tonų) susidaro deginant kurą. Jei kuro degimo tempas ir toliau augs, per ateinančius 50–60 metų CO 2 kiekis atmosferoje padvigubės ir gali sukelti pasaulinę klimato kaitą.

Kuro deginimas yra pagrindinis teršiančių dujų (СО,, SO 2) šaltinis. Sieros dioksidą atmosferos deguonis oksiduoja iki SO 3 viršutinėje atmosferoje, kuris savo ruožtu sąveikauja su vandens garais ir amoniaku, o susidariusi sieros rūgštis (H 2 SO 4) ir amonio sulfatas ((NH 4) 2 SO 4) grįžta į Žemės paviršius vadinamojo pavidalo. rūgštūs lietūs. Naudojant vidaus degimo variklius, oras labai užteršiamas azoto oksidais, angliavandeniliais ir švino junginiais (tetraetilšvinu Pb (CH 3 CH 2) 4)).

Atmosferos taršą aerozoliu sukelia tiek natūralios priežastys (ugnikalnio išsiveržimas, dulkių audros, jūros vandens lašelių ir augalų žiedadulkių įsiskverbimas ir kt.), tiek žmogaus ūkinė veikla (rūdos ir statybinių medžiagų kasyba, kuro deginimas, cemento gamyba ir kt.). .). Intensyvus didelio masto kietųjų dalelių pašalinimas į atmosferą yra viena iš galimų klimato kaitos priežasčių planetoje.

Literatūra

1. V. V. Parinas, F. P. Kosmolinskis, B. A. Duškovas „Kosmoso biologija ir medicina“ (2-asis leidimas, pataisytas ir padidintas), M.: „Prosveščenie“, 1975, 223 psl.
2. N. V. Gusakova „Aplinkos chemija“, Rostovas prie Dono: Finiksas, 2004, 192 s ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolovas V. A. Gamtinių dujų geochemija, M., 1971;
4. McEwen M., Phillips L.. Atmosferos chemija, M., 1978;
5. Wark K., Warner S., Oro tarša. Šaltiniai ir kontrolė, vert. iš anglų k., M.. 1980;
6. Natūralios aplinkos foninės taršos monitoringas. V. 1, L., 1982 m.

taip pat žr

Nuorodos

Žemės atmosfera

Atmosfera yra įvairių dujų mišinys. Jis tęsiasi nuo Žemės paviršiaus iki 900 km aukščio, apsaugodamas planetą nuo žalingo saulės spinduliuotės spektro, jame yra dujų, reikalingų visai planetos gyvybei. Atmosfera sulaiko saulės šilumą, sušyla šalia žemės paviršiaus ir sukuria palankų klimatą.

Atmosferos sudėtis

Žemės atmosferą daugiausia sudaro dvi dujos – azotas (78%) ir deguonis (21%). Be to, jame yra anglies dioksido ir kitų dujų priemaišų. atmosferoje egzistuoja garų, drėgmės lašų debesyse ir ledo kristalų pavidalu.

Atmosferos sluoksniai

Atmosfera susideda iš daugybės sluoksnių, tarp kurių nėra aiškių ribų. Įvairių sluoksnių temperatūros labai skiriasi viena nuo kitos.

• beorė magnetosfera. Dauguma Žemės palydovų čia skraido už Žemės atmosferos ribų.
• Egzosfera (450-500 km nuo paviršiaus). Beveik nėra dujų. Kai kurie orų palydovai skraido egzosferoje. Termosferai (80-450 km) būdinga aukšta temperatūra, kuri viršutiniame sluoksnyje siekia 1700°C.
• Mezosfera (50-80 km). Šioje sferoje temperatūra krenta didėjant aukščiui. Būtent čia sudega dauguma į atmosferą patekusių meteoritų (kosminių uolienų fragmentų).
• Stratosfera (15-50 km). Sudėtyje yra ozono sluoksnis, t.y. ozono sluoksnis, kuris sugeria ultravioletinę saulės spinduliuotę. Tai veda prie temperatūros padidėjimo šalia Žemės paviršiaus. Čia dažniausiai skraido reaktyviniai lėktuvai, kaip matomumas šiame sluoksnyje yra labai geras ir beveik nėra trukdžių dėl oro sąlygų.
• Troposfera. Aukštis svyruoja nuo 8 iki 15 km nuo žemės paviršiaus. Būtent čia formuojasi planetos orai, nes m šiame sluoksnyje yra daugiausia vandens garų, dulkių ir vėjo. Temperatūra mažėja didėjant atstumui nuo žemės paviršiaus.

Atmosferos slėgis

Nors mes to nejaučiame, atmosferos sluoksniai daro spaudimą Žemės paviršiui. Aukščiausias yra šalia paviršiaus, o tolstant nuo jo palaipsniui mažėja. Tai priklauso nuo temperatūros skirtumo tarp sausumos ir vandenyno, todėl tame pačiame aukštyje virš jūros lygio esančiose vietovėse dažnai būna skirtingas slėgis. Žemas slėgis atneša drėgną orą, o aukštas slėgis paprastai nustato giedrą.

Oro masių judėjimas atmosferoje

O dėl slėgio žemesnės atmosferos susimaišo. Tai sukuria vėjus, kurie pučia iš aukšto slėgio zonų į žemo slėgio sritis. Daugelyje regionų taip pat pučia vietiniai vėjai, kuriuos sukelia sausumos ir jūros temperatūros skirtumai. Didelę įtaką vėjo krypčiai turi ir kalnai.

Šiltnamio efektas

Anglies dioksidas ir kitos žemės atmosferoje esančios dujos sulaiko saulės šilumą. Šis procesas paprastai vadinamas šiltnamio efektu, nes daugeliu atžvilgių panašus į šilumos cirkuliaciją šiltnamiuose. Šiltnamio efektas sukelia visuotinį atšilimą planetoje. Aukšto slėgio zonose – anticiklonuose – nusistovėjęs giedras saulės. Žemo slėgio zonose – ciklonuose – orai dažniausiai būna nepastovūs. Šiluma ir šviesa patenka į atmosferą. Dujos sulaiko nuo žemės paviršiaus atsispindinčią šilumą, todėl temperatūra žemėje kyla.

Stratosferoje yra ypatingas ozono sluoksnis. Ozonas blokuoja didžiąją dalį Saulės ultravioletinės spinduliuotės, apsaugodamas nuo jos Žemę ir visą joje esančią gyvybę. Mokslininkai nustatė, kad ozono sluoksnio ardymo priežastis yra specialios chlorfluorangliavandenilio dioksido dujos, esančios kai kuriuose aerozoliuose ir šaldymo įrenginiuose. Virš Arkties ir Antarktidos ozono sluoksnyje buvo aptiktos didžiulės skylės, kurios prisideda prie ultravioletinės spinduliuotės, veikiančios Žemės paviršių, kiekio padidėjimo.

Ozonas susidaro žemutinėje atmosferoje dėl saulės spinduliuotės ir įvairių išmetamųjų dujų bei dujų. Paprastai jis išsisklaido per atmosferą, tačiau jei po šilto oro sluoksniu susidaro uždaras šalto oro sluoksnis, susikaupia ozonas ir susidaro smogas. Deja, tai negali kompensuoti ozono praradimo ozono skylėse.

Palydoviniame vaizde aiškiai matyti skylė ozono sluoksnyje virš Antarktidos. Skylės dydis skiriasi, tačiau mokslininkai mano, kad jis nuolat didėja. Išmetamųjų dujų lygį atmosferoje bandoma sumažinti. Sumažinkite oro taršą ir naudokite bedūmį kurą miestuose. Smogas daugeliui žmonių sukelia akių dirginimą ir užspringimą.

Žemės atmosferos atsiradimas ir raida

Šiuolaikinė Žemės atmosfera yra ilgo evoliucinio vystymosi rezultatas. Jis atsirado dėl bendro geologinių veiksnių veikimo ir gyvybinės organizmų veiklos. Per visą geologinę istoriją žemės atmosfera patyrė keletą esminių pertvarkymų. Remiantis geologiniais duomenimis ir teorinėmis (sąlygomis), jaunosios Žemės pirmykštė atmosfera, egzistavusi maždaug prieš 4 milijardus metų, gali būti sudaryta iš inertinių ir tauriųjų dujų mišinio su nedideliu pasyvaus azoto priedu (N. A. Yasamanov, 1985). A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993. Šiuo metu požiūris į ankstyvosios atmosferos sudėtį ir struktūrą yra šiek tiek pasikeitęs. milijardus metų, galėtų susidėti iš metano, amoniako ir anglies dioksido mišinio.Dėl mantijos degazavimo ir aktyvių atmosferos procesų, vykstančių žemės paviršiuje, vandens garai, anglies junginiai CO 2 ir CO pavidalu, siera ir jo junginiai pradėjo patekti į atmosferą, taip pat stiprios halogeninės rūgštys – HCl, HF, HI ir boro rūgštis, kurios buvo papildytos metanu, amoniaku, vandeniliu, argonu ir kai kuriomis kitomis atmosferoje esančiomis tauriosiomis dujomis. plonas. Todėl temperatūra šalia žemės paviršiaus buvo artima spinduliuotės pusiausvyros temperatūrai (AS Monin, 1977).

Laikui bėgant, pirminės atmosferos dujų sudėtis pradėjo keistis, veikiant žemės paviršiuje išsikišusių uolienų atmosferos procesams, cianobakterijų ir melsvadumblių gyvybinei veiklai, vulkaniniams procesams ir saulės spinduliams. Tai paskatino metano skilimą į ir anglies dioksidą, amoniaką – į azotą ir vandenilį; antrinėje atmosferoje pradėjo kauptis anglies dioksidas, kuris lėtai nusileido į žemės paviršių, ir azotas. Dėl gyvybinės melsvadumblių veiklos fotosintezės procese pradėjo gamintis deguonis, kuris iš pradžių daugiausia buvo išleistas „oksiduoti atmosferos dujas, o vėliau uolienas. Tuo pat metu atmosferoje pradėjo intensyviai kauptis amoniakas, oksiduotas iki molekulinio azoto. Daroma prielaida, kad nemaža dalis šiuolaikinėje atmosferoje esančio azoto yra reliktas. Metanas ir anglies monoksidas buvo oksiduoti iki anglies dioksido. Siera ir sieros vandenilis oksidavosi iki SO 2 ir SO 3, kurie dėl didelio judrumo ir lengvumo greitai pasišalino iš atmosferos. Taigi atmosfera iš redukuojančios, kaip buvo archeo ir ankstyvojo proterozojaus, palaipsniui virto oksiduojančia.

Anglies dioksidas į atmosferą pateko ir dėl metano oksidacijos, ir dėl mantijos degazavimo ir uolienų oro sąlygų. Tuo atveju, jei visas per visą Žemės gyvavimo istoriją išsiskyręs anglies dioksidas liktų atmosferoje, jo dalinis slėgis dabar galėtų tapti toks pat kaip ir Veneroje (O. Sorokhtinas, S. A. Ušakovas, 1991). Tačiau Žemėje procesas buvo atvirkštinis. Didelė dalis anglies dioksido iš atmosferos ištirpo hidrosferoje, kurioje vandens organizmai jį panaudojo savo apvalkalams kurti ir biogeniškai pavertė karbonatais. Vėliau iš jų susidarė galingiausi chemogeninių ir organogeninių karbonatų sluoksniai.

Deguonis į atmosferą buvo tiekiamas iš trijų šaltinių. Ilgą laiką, pradedant nuo Žemės susidarymo momento, jis išsiskyrė mantijos degazavimo metu ir daugiausia buvo išeikvotas oksidaciniams procesams.Kitas deguonies šaltinis buvo vandens garų fotodisociacija kietos ultravioletinės saulės spinduliuotės metu. pasirodymai; laisvas deguonis atmosferoje lėmė daugumos prokariotų, gyvenusių redukuojančiomis sąlygomis, mirtį. Prokariotiniai organizmai pakeitė savo buveines. Jie paliko Žemės paviršių jos gelmėse ir regionuose, kuriuose dar buvo išsaugotos redukuojančios sąlygos. Juos pakeitė eukariotai, kurie anglies dioksidą pradėjo energingai perdirbti į deguonį.

Archeano ir didelės dalies proterozojaus metu beveik visas deguonis, susidarantis abiogeniškai ir biogeniškai, daugiausia buvo naudojamas geležies ir sieros oksidacijai. Proterozojaus pabaigoje visa metalinė dvivalentė geležis, buvusi žemės paviršiuje, arba oksidavosi, arba persikėlė į žemės šerdį. Tai lėmė tai, kad ankstyvojo proterozojaus atmosferoje pasikeitė dalinis deguonies slėgis.

Proterozojaus viduryje deguonies koncentracija atmosferoje pasiekė Urey tašką ir sudarė 0,01% dabartinio lygio. Nuo to laiko atmosferoje pradėjo kauptis deguonis ir tikriausiai jau Rifėjo pabaigoje jo kiekis pasiekė Pastero tašką (0,1% dabartinio lygio). Gali būti, kad ozono sluoksnis iškilo vendų laikotarpiu ir tuo metu niekada neišnyko.

Laisvo deguonies atsiradimas žemės atmosferoje paskatino gyvybės evoliuciją ir paskatino naujų formų, turinčių tobulesnę medžiagų apykaitą, atsiradimą. Jei anksčiau proterozojaus pradžioje pasirodę eukariotų vienaląsčiai dumbliai ir cianidai reikalavo deguonies kiekio vandenyje tik 10–3 jo dabartinės koncentracijos, tai ankstyvojo vendo pabaigoje atsiradus neskeletiniams metazoatams, y., maždaug prieš 650 milijonų metų deguonies koncentracija atmosferoje turėjo būti daug didesnė. Juk Metazoa naudojo deguonies kvėpavimą ir tam reikėjo, kad dalinis deguonies slėgis pasiektų kritinį lygį – Pastero tašką. Šiuo atveju anaerobinį fermentacijos procesą pakeitė energetiškai perspektyvesnė ir progresuojanti deguonies apykaita.

Po to gana sparčiai vyko tolesnis deguonies kaupimasis žemės atmosferoje. Laipsniškas melsvadumblių tūrio padidėjimas prisidėjo prie deguonies lygio atmosferoje pasiekimo, reikalingo gyvūnų pasaulio gyvybei palaikyti. Tam tikras deguonies kiekio atmosferoje stabilizavimas įvyko nuo tada, kai augalai atėjo į sausumą – maždaug prieš 450 mln. Augalų atsiradimas sausumoje, įvykęs Silūro laikotarpiu, lėmė galutinį deguonies lygio atmosferoje stabilizavimą. Nuo to laiko jo koncentracija pradėjo svyruoti gana siaurose ribose, niekada neperžengdama gyvybės egzistavimo ribų. Nuo žydinčių augalų atsiradimo deguonies koncentracija atmosferoje visiškai stabilizavosi. Šis įvykis įvyko kreidos periodo viduryje, t.y. maždaug prieš 100 milijonų metų.

Didžioji dalis azoto susidarė ankstyvosiose Žemės vystymosi stadijose, daugiausia dėl amoniako irimo. Atsiradus organizmams, prasidėjo atmosferos azoto surišimo į organines medžiagas ir užkasimo jūros nuosėdose procesas. Išleidus organizmus į sausumą, azotas pradėtas laidoti žemyninėse nuosėdose. Laisvojo azoto perdirbimo procesai ypač suaktyvėjo atsiradus sausumos augalams.

Kriptozojaus ir Fanerozojaus sandūroje, t.y., maždaug prieš 650 milijonų metų, anglies dvideginio kiekis atmosferoje sumažėjo iki dešimtųjų procentų, o artimą dabartiniam lygiui jis pasiekė tik visai neseniai, apie 10-20 mln. prieš metus.

Taigi atmosferos dujinė sudėtis ne tik suteikė organizmams gyvenimo erdvę, bet ir lėmė jų gyvybinės veiklos ypatybes, skatino įsikūrimą ir evoliuciją. Atsiradę organizmams palankios atmosferos dujų sudėties pasiskirstymo sutrikimai, tiek dėl kosminių, tiek dėl planetinių priežasčių, lėmė masinį organinio pasaulio išnykimą, kuris ne kartą pasireiškė kriptozojaus laikais ir tam tikrose fanerozojaus istorijos ribose.

Atmosferos etnosferinės funkcijos

Žemės atmosfera suteikia reikalingos medžiagos, energijos, lemia medžiagų apykaitos procesų kryptį ir greitį. Šiuolaikinės atmosferos dujų sudėtis yra optimali gyvybės egzistavimui ir vystymuisi. Atmosfera, kaip orų ir klimato formavimosi sritis, turi sudaryti patogias sąlygas žmonėms, gyvūnams ir augmenijai. Atmosferos oro kokybės ir oro sąlygų nukrypimai viena ar kita kryptimi sukuria ekstremalias sąlygas gyvūnų ir augalų pasaulio, taip pat ir žmonių, gyvenimui.

Žemės atmosfera ne tik sudaro sąlygas žmonijai egzistuoti, nes yra pagrindinis etnosferos evoliucijos veiksnys. Kartu tai yra energijos ir žaliavų išteklius gamybai. Apskritai atmosfera yra veiksnys, saugantis žmonių sveikatą, o kai kurios teritorijos dėl fizinių ir geografinių sąlygų bei atmosferos oro kokybės yra rekreacinės zonos, skirtos sanatoriniam gydymui ir žmonių poilsiui. Taigi atmosfera yra estetinio ir emocinio poveikio veiksnys.

Atmosferos etnosferinėms ir technosferinėms funkcijoms, nustatytoms visai neseniai (E. D. Nikitinas, N. A. Yasamanov, 2001), reikalingas nepriklausomas ir nuodugnus tyrimas. Taigi atmosferos energetinių funkcijų tyrimas yra labai aktualus tiek aplinkai kenkiančių procesų atsiradimo ir veikimo, tiek poveikio žmonių sveikatai ir gerovei požiūriu. Šiuo atveju kalbame apie ciklonų ir anticiklonų energiją, atmosferos sūkurius, atmosferos slėgį ir kitus ekstremalius atmosferos reiškinius, kurių efektyvus panaudojimas prisidės prie sėkmingo alternatyvių energijos šaltinių, neteršiančių aplinkos, gavimo problemos sprendimo. aplinką. Juk oro aplinka, ypač ta jos dalis, esanti virš Pasaulio vandenyno, yra milžiniško laisvos energijos kiekio išlaisvinimo zona.

Pavyzdžiui, buvo nustatyta, kad vidutinio stiprumo atogrąžų ciklonai išskiria energiją, prilygstančią 500 000 atominių bombų, numestų ant Hirosimos ir Nagasakio vos per dieną. Per 10 tokio ciklono egzistavimo dienų išleidžiama pakankamai energijos, kad būtų patenkinti visi tokios šalies kaip JAV energijos poreikiai 600 metų.

Pastaraisiais metais paskelbta daug gamtos mokslininkų darbų, tam tikru mastu susijusių su įvairiais veiklos aspektais ir atmosferos įtaka žemės procesams, o tai rodo tarpdisciplininių sąveikų intensyvėjimą šiuolaikiniame gamtos moksle. Kartu pasireiškia ir tam tikrų jos krypčių integruojantis vaidmuo, tarp kurių būtina pažymėti funkcinę-ekologinę geoekologijos kryptį.

Ši kryptis skatina analizuoti ir teoriškai apibendrinti įvairių geosferų ekologines funkcijas ir planetinį vaidmenį, o tai, savo ruožtu, yra svarbi prielaida metodologijai ir moksliniams pagrindams visapusiškam mūsų planetos tyrinėjimui, racionaliam naudojimui ir naudojimui. savo gamtos išteklių apsauga.

Žemės atmosfera susideda iš kelių sluoksnių: troposferos, stratosferos, mezosferos, termosferos, jonosferos ir egzosferos. Viršutinėje troposferos dalyje ir apatinėje stratosferos dalyje yra ozonu prisodrintas sluoksnis, vadinamas ozono sluoksniu. Nustatyti tam tikri (dieniniai, sezoniniai, metiniai ir kt.) ozono pasiskirstymo dėsningumai. Nuo pat atsiradimo atmosfera turėjo įtakos planetų procesų eigai. Pirminė atmosferos sudėtis buvo visiškai kitokia nei dabar, tačiau laikui bėgant molekulinio azoto dalis ir vaidmuo nuolat didėjo, maždaug prieš 650 milijonų metų atsirado laisvas deguonis, kurio kiekis nuolat didėjo, tačiau atitinkamai mažėjo anglies dioksido koncentracija. . Didelis atmosferos mobilumas, dujų sudėtis ir aerozolių buvimas lemia jos išskirtinį vaidmenį ir aktyvų dalyvavimą įvairiuose geologiniuose ir biosferiniuose procesuose. Atmosferos vaidmuo perskirstant saulės energiją ir vystant katastrofiškus gamtos reiškinius ir nelaimes yra didelis. Atmosferos viesulai – tornadai (tornadai), uraganai, taifūnai, ciklonai ir kiti reiškiniai daro neigiamą įtaką organiniam pasauliui ir gamtos sistemoms. Pagrindiniai taršos šaltiniai kartu su gamtos veiksniais yra įvairios žmogaus ūkinės veiklos formos. Antropogeninis poveikis atmosferai pasireiškia ne tik įvairių aerozolių ir šiltnamio efektą sukeliančių dujų atsiradimu, bet ir vandens garų kiekio padidėjimu, pasireiškia smogo ir rūgštaus lietaus pavidalu. Šiltnamio efektą sukeliančios dujos keičia žemės paviršiaus temperatūros režimą, tam tikrų dujų emisija sumažina ozono ekrano tūrį ir prisideda prie ozono skylių susidarymo. Etnosferinis Žemės atmosferos vaidmuo yra didelis.

Atmosferos vaidmuo natūraliuose procesuose

Paviršiaus atmosfera, esanti tarpinėje būsenoje tarp litosferos ir kosmoso, ir jos dujų sudėtis sudaro sąlygas organizmų gyvenimui. Tuo pačiu metu nuo kritulių kiekio, pobūdžio ir dažnumo, nuo vėjo dažnio ir stiprumo, o ypač nuo oro temperatūros, priklauso nuo kritulių kiekio, pobūdžio ir dažnumo, uolienų naikinimo atmosferos intensyvumas ir intensyvumas. Atmosfera yra pagrindinis klimato sistemos komponentas. Oro temperatūra ir drėgmė, debesuotumas ir krituliai, vėjas – visa tai apibūdina orą, tai yra nuolat besikeičiančią atmosferos būklę. Tuo pačiu metu tie patys komponentai apibūdina ir klimatą, ty vidutinį ilgalaikį oro režimą.

Dujų sudėtis, debesų buvimas ir įvairios priemaišos, vadinamos aerozolio dalelėmis (pelenais, dulkėmis, vandens garų dalelėmis), lemia saulės spinduliuotės prasiskverbimo per atmosferą ypatybes ir neleidžia ištrūkti iš Žemės šiluminės spinduliuotės. į kosmosą.

Žemės atmosfera labai judri. Jame vykstantys procesai ir dujų sudėties, storio, drumstumo, skaidrumo ir įvairių aerozolių dalelių pasikeitimai turi įtakos tiek orams, tiek klimatui.

Gamtinių procesų veikimą ir kryptį, gyvybę ir aktyvumą Žemėje lemia saulės spinduliuotė. Jis suteikia 99,98% šilumos, patenkančios į žemės paviršių. Kasmet sudaro 134*10 19 kcal. Tokį šilumos kiekį galima gauti sudeginus 200 milijardų tonų anglies. Vandenilio atsargų, kurios sukuria šį termobranduolinės energijos srautą Saulės masėje, pakaks dar mažiausiai 10 milijardų metų, t.y., dvigubai ilgesniam laikotarpiui, nei egzistuoja pati mūsų planeta.

Apie 1/3 viso saulės energijos kiekio, patenkančios į viršutinę atmosferos ribą, atsispindi atgal į pasaulio erdvę, 13% sugeria ozono sluoksnis (įskaitant beveik visą ultravioletinę spinduliuotę). 7% – likusi atmosfera ir tik 44% pasiekia žemės paviršių. Bendra per parą Žemę pasiekianti saulės spinduliuotė yra lygi energijai, kurią žmonija gavo degindama visų rūšių kurą per pastarąjį tūkstantmetį.

Saulės spinduliuotės pasiskirstymo žemės paviršiuje kiekis ir pobūdis labai priklauso nuo atmosferos debesuotumo ir skaidrumo. Išsklaidytos spinduliuotės kiekiui įtakos turi Saulės aukštis virš horizonto, atmosferos skaidrumas, vandens garų, dulkių kiekis, bendras anglies dvideginio kiekis ir kt.

Didžiausias išsklaidytos spinduliuotės kiekis patenka į poliarines sritis. Kuo žemiau Saulė yra virš horizonto, tuo mažiau šilumos patenka į tam tikrą sritį.

Didelę reikšmę turi atmosferos skaidrumas ir debesuotumas. Debesuotą vasaros dieną paprastai būna šalčiau nei giedrą, nes dieną debesys neleidžia įkaisti žemės paviršiaus.

Dulkių kiekis atmosferoje vaidina svarbų vaidmenį paskirstant šilumą. Jame esančios smulkiai išsklaidytos kietos dulkių ir pelenų dalelės, turinčios įtakos jo skaidrumui, neigiamai veikia saulės spinduliuotės, kurios didžioji dalis atsispindi, pasiskirstymą. Smulkios dalelės į atmosferą patenka dviem būdais: arba pelenais, išmetamais ugnikalnio išsiveržimų metu, arba dykumos dulkėmis, kurias vėjai neša iš sausringų atogrąžų ir subtropinių regionų. Ypač daug tokių dulkių susidaro per sausras, kai šilto oro srovėmis jos nunešamos į viršutinius atmosferos sluoksnius ir gali ten ilgai išbūti. Po Krakatau ugnikalnio išsiveržimo 1883 m., dešimtis kilometrų į atmosferą išmestos dulkės stratosferoje išliko apie 3 metus. Dėl El Chichon ugnikalnio (Meksika) išsiveržimo 1985 m. dulkės pasiekė Europą, todėl paviršiaus temperatūra šiek tiek sumažėjo.

Žemės atmosferoje yra įvairus vandens garų kiekis. Vertinant absoliučiais dydžiais, pagal svorį arba tūrį, jo kiekis svyruoja nuo 2 iki 5%.

Vandens garai, kaip ir anglies dioksidas, sustiprina šiltnamio efektą. Atmosferoje kylančiuose debesyse ir rūke vyksta savotiški fizikiniai ir cheminiai procesai.

Pagrindinis vandens garų šaltinis atmosferoje yra vandenynų paviršius. Iš jo kasmet išgaruoja nuo 95 iki 110 cm storio vandens sluoksnis, dalis drėgmės po kondensacijos grįžta į vandenyną, o kita oro srovėmis nukreipiama žemynų link. Permainingo drėgno klimato regionuose krituliai sudrėkina dirvožemį, o drėgnuose – sukuria gruntinio vandens atsargas. Taigi atmosfera yra drėgmės kaupiklis ir kritulių rezervuaras. o atmosferoje susidarantys rūkai aprūpina dirvožemio dangą drėgme ir taip vaidina lemiamą vaidmenį gyvūnų ir augalų pasaulio raidoje.

Atmosferos drėgmė pasiskirsto žemės paviršiuje dėl atmosferos mobilumo. Jame yra labai sudėtinga vėjų ir slėgio paskirstymo sistema. Dėl to, kad atmosfera nuolat juda, vėjo srautų ir slėgio pasiskirstymo pobūdis ir mastas nuolat kinta. Cirkuliacijos mastai skiriasi nuo mikrometeorologinių, kurių dydis siekia vos kelis šimtus metrų, iki pasaulinio, kurio dydis siekia kelias dešimtis tūkstančių kilometrų. Didžiuliai atmosferos sūkuriai dalyvauja kuriant didelio masto oro srovių sistemas ir lemia bendrą atmosferos cirkuliaciją. Be to, jie yra katastrofiškų atmosferos reiškinių šaltiniai.

Oro ir klimato sąlygų pasiskirstymas bei gyvosios medžiagos funkcionavimas priklauso nuo atmosferos slėgio. Tuo atveju, kai atmosferos slėgis svyruoja mažomis ribomis, tai nedaro lemiamos reikšmės žmonių gerovei ir gyvūnų elgesiui bei neturi įtakos fiziologinėms augalų funkcijoms. Paprastai frontaliniai reiškiniai ir oro pokyčiai yra susiję su slėgio pokyčiais.

Vėjo formavimuisi esminę reikšmę turi atmosferos slėgis, kuris, būdamas reljefą formuojantis veiksnys, daro stipriausią poveikį florai ir faunai.

Vėjas geba slopinti augalų augimą ir tuo pačiu skatina sėklų pernešimą. Vėjo vaidmuo formuojant oro ir klimato sąlygas yra didelis. Jis taip pat veikia kaip jūros srovių reguliatorius. Vėjas, kaip vienas iš išorinių veiksnių, prisideda prie atmosferos poveikio medžiagų erozijos ir defliacijos dideliais atstumais.

Ekologinis ir geologinis atmosferos procesų vaidmuo

Atmosferos skaidrumo sumažėjimas dėl aerozolio dalelių ir kietų dulkių atsiradimo joje turi įtakos saulės spinduliuotės pasiskirstymui, padidina albedo arba atspindžio koeficientą. Įvairios cheminės reakcijos lemia tą patį rezultatą, sukeldamos ozono skilimą ir „perlų“ debesų susidarymą, susidedantį iš vandens garų. Klimato kaitos priežastis yra globalūs atspindžio pokyčiai, taip pat atmosferos dujų, daugiausia šiltnamio efektą sukeliančių dujų, sudėties pokyčiai.

Netolygus šildymas, dėl kurio skiriasi atmosferos slėgis įvairiose žemės paviršiaus dalyse, atsiranda atmosferos cirkuliacija, kuri yra troposferos požymis. Kai yra slėgio skirtumas, oras veržiasi iš aukšto slėgio zonų į žemo slėgio sritis. Šie oro masių judėjimai kartu su drėgme ir temperatūra lemia pagrindinius ekologinius ir geologinius atmosferos procesų ypatumus.

Priklausomai nuo greičio, vėjas atlieka įvairius geologinius darbus žemės paviršiuje. 10 m/s greičiu purto storas medžių šakas, renka ir neša dulkes bei smulkų smėlį; laužo medžių šakas 20 m/s greičiu, neša smėlį ir žvyrą; 30 m/s greičiu (audra) drasko namų stogus, laužo medžius, laužo stulpus, judina akmenukus ir neša smulkų žvyrą, o uraganas 40 m/s greičiu griauna namus, laužo ir griauna elektros liniją. stulpai, išrauna didelius medžius.

Audros škvalas ir tornadai (tornadai) turi didelį neigiamą poveikį aplinkai su katastrofiškomis pasekmėmis – atmosferos sūkuriais, kurie šiltuoju metų laiku atsiranda galinguose atmosferos frontuose, kurių greitis siekia iki 100 m/s. Škvalai – tai horizontalūs viesulai, kurių vėjo greitis yra uraganinis (iki 60-80 m/s). Jas dažnai lydi smarkus lietus ir perkūnija, trunkanti nuo kelių minučių iki pusvalandžio. Škvalai apima iki 50 km pločio plotus ir nukeliauja 200-250 km atstumą. 1998 metais Maskvoje ir Maskvos srityje kilusi smarki audra apgadino daugelio namų stogus ir nuvertė medžius.

Tornadai, Šiaurės Amerikoje vadinami tornadais, yra galingi piltuvo formos atmosferos sūkuriai, dažnai siejami su perkūnijos debesimis. Tai per vidurį siaurėjančios nuo kelių dešimčių iki šimtų metrų skersmens oro stulpeliai. Tornadas atrodo kaip piltuvas, labai panašus į dramblio kamieną, besileidžiantis iš debesų arba kylantis nuo žemės paviršiaus. Turėdamas stiprų retėjimą ir didelį sukimosi greitį, tornadas nukeliauja iki kelių šimtų kilometrų, traukdamas dulkes, vandenį iš rezervuarų ir įvairių objektų. Galingus tornadus lydi perkūnija, lietus ir jie turi didelę griaunančią galią.

Tornadai retai pasitaiko subpoliariniuose ar pusiaujo regionuose, kur nuolat šalta arba karšta. Nedaug tornadų atvirame vandenyne. Tornadai pasitaiko Europoje, Japonijoje, Australijoje, JAV, o Rusijoje ypač dažni Vidurio Juodosios Žemės regione, Maskvos, Jaroslavlio, Nižnij Novgorodo ir Ivanovo srityse.

Tornadai kelia ir perkelia automobilius, namus, vagonus, tiltus. Ypač destruktyvūs tornadai (tornadai) stebimi JAV. Kasmet užfiksuojama nuo 450 iki 1500 tornadų, kurių aukų vidutiniškai būna apie 100. Tornadai yra greitai veikiantys katastrofiški atmosferos procesai. Jie susidaro vos per 20-30 minučių, o jų egzistavimo laikas – 30 minučių. Todėl prognozuoti tornadų atsiradimo laiką ir vietą beveik neįmanoma.

Kiti griaunantys, bet ilgalaikiai atmosferos sūkuriai yra ciklonai. Jie susidaro dėl slėgio kritimo, kuris tam tikromis sąlygomis prisideda prie apskrito oro srovių judėjimo. Atmosferos sūkuriai kyla aplink galingas kylančias drėgno šilto oro sroves ir sukasi dideliu greičiu pagal laikrodžio rodyklę pietų pusrutulyje ir prieš laikrodžio rodyklę šiauriniame pusrutulyje. Ciklonai, skirtingai nei tornadai, kyla virš vandenynų ir sukelia savo destruktyvius veiksmus žemynuose. Pagrindiniai destruktyvūs veiksniai yra stiprūs vėjai, intensyvūs krituliai sningant, liūtys, kruša ir potvyniai. 19–30 m/s greičio vėjai sudaro audrą, 30–35 m/s – audrą, o daugiau nei 35 m/s – uraganą.

Tropinių ciklonų – uraganų ir taifūnų – vidutinis plotis siekia kelis šimtus kilometrų. Vėjo greitis ciklono viduje pasiekia uragano jėgą. Tropiniai ciklonai trunka nuo kelių dienų iki kelių savaičių, judėdami 50–200 km/h greičiu. Vidutinės platumos ciklonai yra didesnio skersmens. Jų skersiniai matmenys svyruoja nuo tūkstančio iki kelių tūkstančių kilometrų, vėjo greitis audringas. Jie juda šiauriniame pusrutulyje iš vakarų ir juos lydi kruša ir sniegas, kurie yra katastrofiški. Ciklonai ir su jais susiję uraganai bei taifūnai yra didžiausios stichinės nelaimės po potvynių pagal aukų skaičių ir padarytą žalą. Tankiai apgyvendintose Azijos vietose aukų skaičius per uraganus matuojamas tūkstančiais. 1991 metais Bangladeše per uraganą, sukėlusį 6 m aukščio jūros bangų susidarymą, žuvo 125 tūkst. Taifūnai daro didelę žalą Jungtinėms Valstijoms. Dėl to miršta dešimtys ir šimtai žmonių. Vakarų Europoje uraganai padaro mažiau žalos.

Perkūnija yra laikoma katastrofišku atmosferos reiškiniu. Jie atsiranda, kai šiltas, drėgnas oras kyla labai greitai. Atogrąžų ir subtropikų zonų ribose perkūnija būna 90–100 dienų per metus, vidutinio klimato zonoje – 10–30 dienų. Mūsų šalyje daugiausiai perkūnijų būna Šiaurės Kaukaze.

Perkūnija paprastai trunka mažiau nei valandą. Ypatingą pavojų kelia intensyvios liūtys, kruša, žaibo smūgiai, vėjo gūsiai, vertikalios oro srovės. Krušos pavojų lemia krušos dydis. Šiaurės Kaukaze krušos masė kažkada siekė 0,5 kg, o Indijoje buvo pastebėta 7 kg svorio krušos. Pavojingiausios mūsų šalies zonos yra Šiaurės Kaukaze. 1992 m. liepą kruša apgadino 18 orlaivių Mineralnye Vody oro uoste.

Žaibas yra pavojingas oro reiškinys. Jie žudo žmones, gyvulius, sukelia gaisrus, gadina elektros tinklus. Kasmet nuo perkūnijos ir jų padarinių visame pasaulyje miršta apie 10 000 žmonių. Be to, kai kuriose Afrikos dalyse, Prancūzijoje ir JAV, žaibo aukų skaičius yra didesnis nei kitų gamtos reiškinių. Kasmetinė ekonominė žala dėl perkūnijos Jungtinėse Valstijose siekia mažiausiai 700 mln.

Sausros būdingos dykumų, stepių ir miško-stepių regionams. Dėl kritulių trūkumo dirvožemis išdžiūvo, žemėja gruntinio vandens lygis ir rezervuaruose, kol jie visiškai išdžiūsta. Dėl drėgmės trūkumo augalija ir pasėliai miršta. Sausros ypač stiprios Afrikoje, Artimuosiuose ir Viduriniuose Rytuose, Centrinėje Azijoje ir pietų Šiaurės Amerikoje.

Sausros keičia žmonių gyvenimo sąlygas, daro neigiamą poveikį natūraliai aplinkai per tokius procesus kaip dirvožemio druskėjimas, sausi vėjai, dulkių audros, dirvožemio erozija ir miškų gaisrai. Gaisrai ypač stiprūs per sausrą taigos regionuose, atogrąžų ir subtropikų miškuose bei savanose.

Sausros yra trumpalaikiai procesai, trunkantys vieną sezoną. Kai sausros trunka ilgiau nei du sezonus, gresia badas ir masinis mirtingumas. Paprastai sausros poveikis apima vienos ar kelių šalių teritoriją. Ypač dažnai užsitęsusios sausros su tragiškomis pasekmėmis ištinka Afrikos Sahelio regione.

Atmosferos reiškiniai, tokie kaip sniegas, periodiškai besitęsiančios smarkios liūtys ir užsitęsusios ilgalaikės liūtys, daro didelę žalą. Sniegas sukelia didžiules sniego griūtis kalnuose, o greitas iškritusio sniego tirpimas ir užsitęsusios smarkios liūtys sukelia potvynius. Didžiulė vandens masė, krintanti ant žemės paviršiaus, ypač bemedžių vietose, sukelia didelę dirvožemio dangos eroziją. Intensyviai daugėja daubų sijų sistemų. Potvyniai atsiranda dėl didelių potvynių gausių kritulių laikotarpiu arba potvyniai po staigaus atšilimo ar pavasario sniego tirpimo, todėl yra atmosferos reiškiniai (jie aptariami skyriuje apie hidrosferos ekologinį vaidmenį).

Antropogeniniai atmosferos pokyčiai

Šiuo metu yra daug skirtingų antropogeninės prigimties šaltinių, kurie sukelia atmosferos taršą ir sukelia rimtus ekologinės pusiausvyros pažeidimus. Kalbant apie mastą, didžiausią įtaką atmosferai turi du šaltiniai: transportas ir pramonė. Transportas vidutiniškai sudaro apie 60% visos atmosferos taršos, pramonė - 15%, šiluminė energija - 15%, buitinių ir pramoninių atliekų naikinimo technologijos - 10%.

Transportas, priklausomai nuo naudojamo kuro ir oksiduojančių medžiagų rūšių, išskiria į atmosferą azoto oksidus, sierą, anglies oksidus ir dioksidus, šviną ir jo junginius, suodžius, benzopireną (medžiaga iš policiklinių aromatinių angliavandenilių grupės, kuri yra stiprus kancerogenas, sukeliantis odos vėžį).

Pramonė į atmosferą išmeta sieros dioksidą, anglies oksidus ir dioksidus, angliavandenilius, amoniaką, vandenilio sulfidą, sieros rūgštį, fenolį, chlorą, fluorą ir kitus junginius bei chemines medžiagas. Tačiau dominuojančią vietą tarp išmetamųjų teršalų (iki 85%) užima dulkės.

Dėl taršos keičiasi atmosferos skaidrumas, joje atsiranda aerozolių, smogų, rūgščių lietų.

Aerozoliai yra dispersinės sistemos, susidedančios iš kietų dalelių arba skysčio lašelių, suspenduotų dujinėje terpėje. Disperguotos fazės dalelių dydis paprastai yra 10 -3 -10 -7 cm Priklausomai nuo dispersinės fazės sudėties, aerozoliai skirstomi į dvi grupes. Vienas apima aerozolius, susidedančius iš kietų dalelių, disperguotų dujinėje terpėje, antrasis - aerozolius, kurie yra dujinių ir skystų fazių mišinys. Pirmieji vadinami dūmais, o antrieji – rūkais. Kondensacijos centrai vaidina svarbų vaidmenį jų formavimosi procese. Kondensacijos branduoliais veikia vulkaniniai pelenai, kosminės dulkės, pramoninių emisijų produktai, įvairios bakterijos ir kt.Galimų koncentracijos branduolių šaltinių skaičius nuolat auga. Taigi, pavyzdžiui, kai sausą žolę sunaikina gaisras 4000 m 2 plote, susidaro vidutiniškai 11 * 10 22 aerozolių branduolių.

Aerozoliai pradėjo formuotis nuo mūsų planetos atsiradimo momento ir turėjo įtakos gamtos sąlygoms. Tačiau jų skaičius ir veiksmai, subalansuoti su bendra medžiagų apykaita gamtoje, nesukėlė gilių ekologinių pokyčių. Antropogeniniai jų susidarymo veiksniai šią pusiausvyrą perkėlė į reikšmingas biosferos perkrovas. Ši savybė ypač išryškėjo nuo tada, kai žmonija pradėjo naudoti specialiai sukurtus aerozolius tiek nuodingų medžiagų pavidalu, tiek augalų apsaugai.

Pavojingiausi augalijos dangai yra sieros dioksido, vandenilio fluorido ir azoto aerozoliai. Susilietus su drėgnu lapų paviršiumi, susidaro rūgštys, kurios žalingai veikia gyvas būtybes. Rūgščių rūkas kartu su įkvepiamu oru patenka į gyvūnų ir žmonių kvėpavimo organus, agresyviai veikia gleivines. Kai kurie iš jų skaido gyvus audinius, o radioaktyvūs aerozoliai sukelia vėžį. Tarp radioaktyviųjų izotopų SG 90 yra ypač pavojingas ne tik dėl savo kancerogeniškumo, bet ir kaip kalcio analogas, pakeičiantis jį organizmų kauluose ir sukeliantis jų skilimą.

Branduolinių sprogimų metu atmosferoje susidaro radioaktyvių aerozolių debesys. Mažos dalelės, kurių spindulys yra 1 - 10 mikronų, patenka ne tik į viršutinius troposferos sluoksnius, bet ir į stratosferą, kurioje gali išbūti ilgą laiką. Aerozolių debesys taip pat susidaro eksploatuojant branduolinį kurą gaminančių pramonės įmonių reaktorius, taip pat įvykus avarijoms atominėse elektrinėse.

Smogas yra aerozolių mišinys su skystomis ir kietomis išsklaidytomis fazėmis, kurios sudaro miglotą uždangą virš pramoninių rajonų ir didelių miestų.

Yra trys smogo tipai: ledinis, šlapias ir sausas. Ledo smogas vadinamas Aliaskos. Tai dujinių teršalų derinys, kuriame yra dulkių dalelių ir ledo kristalų, atsirandančių užšalus rūko lašeliams ir garams iš šildymo sistemų.

Drėgnas smogas arba Londono tipo smogas kartais vadinamas žiemos smogu. Tai dujinių teršalų (daugiausia sieros dioksido), dulkių dalelių ir rūko lašelių mišinys. Meteorologinė žiemos smogo atsiradimo sąlyga yra ramus oras, kai virš paviršinio šalto oro sluoksnio (žemiau 700 m) yra šilto oro sluoksnis. Tuo pačiu metu nėra ne tik horizontalių, bet ir vertikalių mainų. Teršalai, kurie dažniausiai pasklinda aukštuose sluoksniuose, tokiu atveju kaupiasi paviršiniame sluoksnyje.

Sausas smogas atsiranda vasarą ir dažnai vadinamas LA tipo smogu. Tai ozono, anglies monoksido, azoto oksidų ir rūgščių garų mišinys. Toks smogas susidaro dėl saulės spinduliuotės, ypač jos ultravioletinės dalies, irimo teršalų. Meteorologinė sąlyga yra atmosferos inversija, kuri išreiškiama šalto oro sluoksnio atsiradimu virš šilto. Dujos ir kietosios dalelės, dažniausiai pakeltos šilto oro srovių, tada pasklinda viršutiniuose šaltuose sluoksniuose, tačiau tokiu atveju jos kaupiasi inversiniame sluoksnyje. Fotolizės procese azoto dioksidai, susidarę degant degalams automobilių varikliuose, suyra:

NO 2 → NO + O

Tada vyksta ozono sintezė:

O + O 2 + M → O 3 + M

NE + O → NO 2

Fotodisociacijos procesus lydi geltonai žalias švytėjimas.

Be to, reakcijos vyksta pagal tipą: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, t.y. susidaro stipri sieros rūgštis.

Keičiantis meteorologinėms sąlygoms (pasireiškus vėjui ar pasikeitus drėgmei), šaltas oras išsisklaido ir smogas išnyksta.

Kancerogenų buvimas smoge sukelia kvėpavimo nepakankamumą, gleivinių dirginimą, kraujotakos sutrikimus, astminį uždusimą ir dažnai mirtį. Smogas ypač pavojingas mažiems vaikams.

Rūgštūs lietūs – tai atmosferos krituliai, parūgštinti pramoninėmis sieros oksidų, azoto oksidų emisijomis, juose ištirpusios perchloro rūgšties ir chloro garais. Deginant anglį ir dujas, didžioji dalis joje esančios sieros tiek oksido pavidalu, tiek junginiuose su geležimi, ypač pirite, pirotite, chalkopirite ir kt., virsta sieros oksidu, kuris kartu su anglies dioksido, patenka į atmosferą. Atmosferos azotą ir technines emisijas derinant su deguonimi, susidaro įvairūs azoto oksidai, o susidarančių azoto oksidų tūris priklauso nuo degimo temperatūros. Didžioji dalis azoto oksidų susidaro eksploatuojant transporto priemones ir dyzelinius lokomotyvus, mažesnė dalis – energetikos ir pramonės įmonėse. Siera ir azoto oksidai yra pagrindiniai rūgščių formuotojai. Reaguojant su atmosferos deguonimi ir jame esančiais vandens garais susidaro sieros ir azoto rūgštys.

Yra žinoma, kad terpės šarminių-rūgščių balansą lemia pH vertė. Neutralioje aplinkoje pH yra 7, rūgščioje – 0, o šarminėje – 14. Šiuolaikinėje epochoje lietaus vandens pH yra 5,6, nors netolimoje praeityje. buvo neutralus. PH vertės sumažėjimas vienu atitinka dešimt kartų padidėjusį rūgštingumą, todėl šiuo metu padidėjusio rūgštingumo lietūs iškrenta beveik visur. Didžiausias Vakarų Europoje užfiksuotas liūčių rūgštingumas siekė 4-3,5 pH. Reikėtų atsižvelgti į tai, kad pH vertė, lygi 4-4,5, yra mirtina daugumai žuvų.

Rūgštūs lietūs agresyviai veikia Žemės augalijos dangą, pramoninius ir gyvenamuosius pastatus ir labai pagreitina atvirų uolienų atmosferą. Padidėjęs rūgštingumas neleidžia savarankiškai reguliuoti dirvožemio, kuriame yra ištirpusių maistinių medžiagų, neutralizavimo. Savo ruožtu tai lemia staigų derliaus sumažėjimą ir augalijos dangos degradaciją. Dirvožemio rūgštingumas prisideda prie sunkiųjų medžiagų išsiskyrimo, kurios yra surištos, kurias palaipsniui absorbuoja augalai, sukeldami rimtus audinių pažeidimus ir prasiskverbdami į žmogaus mitybos grandines.

Pasikeitus jūros vandenų, ypač sekliuose vandenyse, šarminių rūgščių potencialui, nutrūksta daugelio bestuburių dauginimasis, žūsta žuvys ir sutrinka ekologinė pusiausvyra vandenynuose.

Dėl rūgščių lietų Vakarų Europos, Baltijos šalių, Karelijos, Uralo, Sibiro ir Kanados miškams gresia mirtis.

Erdvė užpildyta energija. Energija užpildo erdvę netolygiai. Yra jo susikaupimo ir iškrovimo vietų. Tokiu būdu galite įvertinti tankį. Planeta yra tvarkinga sistema, kurios didžiausias medžiagos tankis yra centre ir palaipsniui mažėja koncentracija link periferijos. Sąveikos jėgos nulemia materijos būseną, formą, kuria ji egzistuoja. Fizika apibūdina medžiagų agregacijos būseną: kietą, skystą, dujinį ir pan.

Atmosfera yra dujinė terpė, kuri supa planetą. Žemės atmosfera leidžia laisvai judėti ir pro ją prasiskverbia šviesa, sukurdama erdvę, kurioje klesti gyvybė.

Teritorija nuo žemės paviršiaus iki maždaug 16 kilometrų aukščio (mažiau nuo pusiaujo iki ašigalių, taip pat priklauso nuo sezono) vadinama troposfera. Troposfera yra sluoksnis, kuriame yra apie 80% atmosferoje esančio oro ir beveik visi vandens garai. Čia vyksta orą formuojantys procesai. Slėgis ir temperatūra mažėja didėjant ūgiui. Oro temperatūros mažėjimo priežastis – adiabatinis procesas, kai dujos plečiasi, jos atvėsta. Viršutinėje troposferos riboje vertės gali siekti -50, -60 laipsnių Celsijaus.

Toliau ateina Stratosfera. Jis tęsiasi iki 50 kilometrų. Šiame atmosferos sluoksnyje temperatūra didėja didėjant aukščiui, viršutiniame taške įgydama apie 0 C vertę. Temperatūros padidėjimą sukelia ultravioletinių spindulių sugerties procesas ozono sluoksniu. Spinduliuotė sukelia cheminę reakciją. Deguonies molekulės skyla į atskirus atomus, kurie gali susijungti su įprastomis deguonies molekulėmis ir sudaryti ozoną.

Saulės spinduliuotė, kurios bangos ilgis yra nuo 10 iki 400 nanometrų, priskiriama ultravioletiniams spinduliams. Kuo trumpesnis UV spinduliuotės bangos ilgis, tuo didesnį pavojų ji kelia gyviems organizmams. Tik nedidelė radiacijos dalis pasiekia Žemės paviršių, be to, mažiau aktyvioji jos spektro dalis. Ši gamtos ypatybė leidžia žmogui sveikai įdegti saulėje.

Kitas atmosferos sluoksnis vadinamas mezosfera. Ribos nuo maždaug 50 km iki 85 km. Mezosferoje ozono, galinčio sulaikyti UV energiją, koncentracija yra maža, todėl temperatūra vėl pradeda kristi su aukščiu. Piko taške temperatūra nukrenta iki –90 C, kai kurie šaltiniai nurodo –130 C. Šiame atmosferos sluoksnyje išdega dauguma meteoroidų.

Atmosferos sluoksnis, besitęsiantis nuo 85 km aukščio iki 600 km atstumu nuo Žemės, vadinamas termosfera. Termosfera pirmoji susiduria su saulės spinduliuote, įskaitant vadinamąjį vakuuminį ultravioletinį.

Vakuuminį UV spinduliavimą atitolina oras, todėl šis atmosferos sluoksnis įkaista iki milžiniškos temperatūros. Tačiau kadangi slėgis čia yra itin žemas, šios iš pažiūros kaitinamos dujos nedaro tokio poveikio objektams kaip žemės paviršiaus sąlygomis. Atvirkščiai, tokioje aplinkoje esantys daiktai atvės.

100 km aukštyje eina sąlyginė linija „Karman linija“, kuri laikoma kosmoso pradžia.

Auroros atsiranda termosferoje. Šiame atmosferos sluoksnyje saulės vėjas sąveikauja su planetos magnetiniu lauku.

Paskutinis atmosferos sluoksnis yra egzosfera – išorinis apvalkalas, besitęsiantis tūkstančius kilometrų. Egzosfera praktiškai tuščia vieta, tačiau čia klaidžiojančių atomų skaičius yra eilės tvarka didesnis nei tarpplanetinėje erdvėje.

Žmogus kvėpuoja oru. Normalus slėgis yra 760 milimetrų gyvsidabrio stulpelio. 10 000 m aukštyje slėgis yra apie 200 mm. rt. Art. Tokiame aukštyje žmogus tikriausiai gali kvėpuoti, bent jau neilgai, bet tam reikia pasiruošimo. Valstybė akivaizdžiai bus neveiksni.

Atmosferos dujų sudėtis: 78% azoto, 21% deguonies, apie procentas argono, visa kita yra dujų mišinys, sudarantis mažiausią viso kiekio dalį.

Mėlyna planeta...

Ši tema turėjo pasirodyti svetainėje viena iš pirmųjų. Juk sraigtasparniai yra atmosferiniai lėktuvai. Žemės atmosfera- jų, taip sakant, buveinė :-). A fizines oro savybes tiesiog nustatykite šios buveinės kokybę :-). Taigi tai yra vienas iš pagrindinių dalykų. O pagrindas visada rašomas pirmas. Bet aš tai supratau tik dabar. Tačiau geriau, kaip žinia, vėliau, nei niekada... Palieskime šį klausimą, bet nesiveldami į gamtą ir bereikalingų sunkumų :-).

Taigi… Žemės atmosfera. Tai dujinis mūsų mėlynosios planetos apvalkalas. Visi žino šį vardą. Kodėl mėlyna? Tiesiog todėl, kad „mėlynoji“ (taip pat mėlyna ir violetinė) saulės šviesos komponentas (spektras) yra geriausiai išsklaidytas atmosferoje, todėl nuspalvina ją melsvai melsva, kartais su violetine atspalviu (žinoma, saulėtą dieną). :-)) .

Žemės atmosferos sudėtis.

Atmosferos sudėtis gana plati. Visų komponentų tekste neišvardinsiu, tam yra gera iliustracija.Visų šių dujų sudėtis beveik pastovi, išskyrus anglies dioksidą (CO 2 ). Be to, atmosferoje būtinai yra vandens garų, suspenduotų lašelių ar ledo kristalų pavidalu. Vandens kiekis nėra pastovus ir priklauso nuo temperatūros ir, kiek mažiau, nuo oro slėgio. Be to, Žemės atmosferoje (ypač dabartinėje) irgi yra tam tikras kiekis, sakyčiau "visokios nešvaros" :-). Tai SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, be to yra gyvsidabrio garų Hg. Tiesa, viso to ten nedideliais kiekiais, ačiū Dievui :-).

Žemės atmosferaĮprasta suskirstyti į keletą zonų, einančių viena po kitos aukštyje virš paviršiaus.

Pirmoji, esanti arčiausiai žemės, yra troposfera. Tai yra žemiausias ir, galima sakyti, pagrindinis sluoksnis įvairių tipų gyvenimui. Jame yra 80% viso atmosferos oro masės (nors pagal tūrį jis sudaro tik apie 1% visos atmosferos) ir apie 90% viso atmosferos vandens. Didžioji dalis visų vėjų, debesų, liūčių ir sniego 🙂 kyla iš ten. Troposfera tęsiasi iki maždaug 18 km aukščio atogrąžų platumose ir iki 10 km aukščio poliarinėse platumose. Oro temperatūra jame nukrenta maždaug 0,65º kas 100 m.

atmosferos zonos.

Antroji zona yra stratosfera. Turiu pasakyti, kad tarp troposferos ir stratosferos išskiriama dar viena siaura zona – tropopauzė. Jis sustabdo temperatūros kritimą dėl aukščio. Tropopauzės vidutinis storis yra 1,5–2 km, tačiau jos ribos yra neaiškios, o troposfera dažnai persidengia su stratosfera.

Taigi stratosferos vidutinis aukštis yra nuo 12 km iki 50 km. Temperatūra jame iki 25 km išlieka nepakitusi (apie -57ºС), tada kai kur iki 40 km pakyla iki maždaug 0ºС ir toliau iki 50 km išlieka nepakitusi. Stratosfera yra gana rami žemės atmosferos dalis. Jame nepalankių oro sąlygų praktiškai nėra. Būtent stratosferoje garsusis ozono sluoksnis yra nuo 15-20 km iki 55-60 km aukštyje.

Po to seka nedidelė ribinio sluoksnio stratopauzė, kurioje temperatūra išlieka apie 0ºС, o tada sekanti zona yra mezosfera. Jis tęsiasi iki 80–90 km aukščio, o jame temperatūra nukrenta iki maždaug 80ºС. Mezosferoje dažniausiai tampa matomi nedideli meteorai, kurie joje pradeda švytėti ir perdega.

Kitas siauras tarpas yra mezopauzė ir už jos termosferos zona. Jo aukštis siekia 700-800 km. Čia temperatūra vėl pradeda kilti ir maždaug 300 km aukštyje ji gali pasiekti 1200ºС reikšmes. Vėliau jis išlieka pastovus. Jonosfera yra termosferos viduje iki maždaug 400 km aukščio. Čia oras yra stipriai jonizuotas dėl saulės spinduliuotės poveikio ir turi didelį elektros laidumą.

Kita ir apskritai paskutinė zona yra egzosfera. Tai vadinamoji sklaidos zona. Čia daugiausia yra labai reto vandenilio ir helio (vyrauja vandenilis). Maždaug 3000 km aukštyje egzosfera pereina į artimojo kosmoso vakuumą.

Kažkur taip yra. Kodėl apie? Kadangi šie sluoksniai yra gana sąlyginiai. Galimi įvairūs aukščio, dujų, vandens, temperatūros, jonizacijos ir tt pokyčiai. Be to, yra daug daugiau terminų, apibrėžiančių žemės atmosferos struktūrą ir būklę.

Pavyzdžiui, homosfera ir heterosfera. Pirmajame atmosferos dujos yra gerai sumaišytos ir jų sudėtis yra gana vienalytė. Antrasis yra virš pirmojo ir ten tokio maišymo praktiškai nėra. Dujos yra atskirtos gravitacijos būdu. Riba tarp šių sluoksnių yra 120 km aukštyje ir vadinama turbopauze.

Pabaikime terminais, bet būtinai pridursiu, kad sutartinai priimta, kad atmosferos riba yra 100 km aukštyje virš jūros lygio. Ši siena vadinama Karmano linija.

Atmosferos struktūrai iliustruoti pridėsiu dar dvi nuotraukas. Tačiau pirmasis yra vokiečių kalba, tačiau jis yra išsamus ir pakankamai lengvai suprantamas :-). Jis gali būti padidintas ir gerai apgalvotas. Antrasis rodo atmosferos temperatūros pokyčius priklausomai nuo aukščio.

Žemės atmosferos sandara.

Oro temperatūros pokytis priklausomai nuo aukščio.

Šiuolaikiniai pilotuojami orbitiniai erdvėlaiviai skrenda maždaug 300-400 km aukštyje. Tačiau tai jau ne aviacija, nors sritis, žinoma, tam tikra prasme glaudžiai susijusi, ir apie tai tikrai dar pakalbėsime :-).

Aviacijos zona yra troposfera. Šiuolaikiniai atmosferiniai orlaiviai gali skristi ir apatiniuose stratosferos sluoksniuose. Pavyzdžiui, praktinės MIG-25RB lubos yra 23000 m.

Skrydis stratosferoje.

Ir tiksliai fizines oro savybes troposferos nulemia, kaip bus skrydis, kiek efektyvi bus orlaivio valdymo sistema, kaip ją paveiks turbulencija atmosferoje, kaip veiks varikliai.

Pirmasis pagrindinis turtas yra oro temperatūra. Dujų dinamikoje jį galima nustatyti pagal Celsijaus skalę arba Kelvino skalę.

Temperatūra t1 tam tikrame aukštyje H Celsijaus skalėje nustatoma:

t 1 \u003d t - 6,5 N, Kur t yra oro temperatūra žemėje.

Temperatūra pagal Kelvino skalę vadinama absoliuti temperatūra Nulis šioje skalėje yra absoliutus nulis. Esant absoliučiam nuliui, terminis molekulių judėjimas sustoja. Absoliutus nulis Kelvino skalėje atitinka -273º Celsijaus skalėje.

Atitinkamai, temperatūra T aukštai H Kelvino skalėje nustatoma:

T \u003d 273 K + t - 6,5 H

Oro slėgis. Atmosferos slėgis matuojamas paskaliais (N / m 2), senojoje matavimo sistemoje atmosferomis (atm.). Taip pat yra toks dalykas kaip barometrinis slėgis. Tai gyvsidabrio barometru išmatuotas slėgis gyvsidabrio milimetrais. Barometrinis slėgis (slėgis jūros lygyje) lygus 760 mm Hg. Art. vadinamas standartiniu. Fizikoje 1 atm. lygiai 760 mm Hg.

Oro tankis. Aerodinamikoje dažniausiai naudojama oro masės tankio sąvoka. Tai oro masė 1 m3 tūrio. Oro tankis kinta didėjant aukščiui, oras retėja.

Oro drėgmė. Rodo vandens kiekį ore. Yra koncepcija" santykinė drėgmė“. Tai yra vandens garų masės ir didžiausios galimos tam tikroje temperatūroje santykis. 0% sąvoka, tai yra, kai oras yra visiškai sausas, apskritai gali egzistuoti tik laboratorijoje. Kita vertus, 100% drėgmė yra visiškai tikra. Tai reiškia, kad oras sugėrė visą vandenį, kurį galėjo sugerti. Kažkas panašaus į absoliučiai „pilną kempinę“. Didelė santykinė drėgmė sumažina oro tankį, o žema santykinė oro drėgmė jį atitinkamai padidina.

Dėl to, kad orlaivių skrydžiai vyksta skirtingomis atmosferos sąlygomis, jų skrydis ir aerodinaminiai parametrai vienu skrydžio režimu gali skirtis. Todėl, norėdami teisingai įvertinti šiuos parametrus, pristatėme Tarptautinė standartinė atmosfera (ISA). Tai rodo oro būklės kitimą kylant aukščiui.

Pagrindiniai oro būsenos parametrai esant nulinei drėgmei laikomi taip:

slėgis P = 760 mm Hg. Art. (101,3 kPa);

temperatūra t = +15°C (288 K);

masės tankis ρ \u003d 1,225 kg / m 3;

ISA atveju daroma prielaida (kaip minėta aukščiau :-)), kad temperatūra troposferoje nukrenta 0,65º kas 100 metrų aukščio.

Standartinė atmosfera (pavyzdžiui, iki 10000 m).

ISA lentelės naudojamos prietaisams kalibruoti, taip pat navigaciniams ir inžineriniams skaičiavimams.

Fizinės oro savybės taip pat apima tokias sąvokas kaip inertiškumas, klampumas ir suspaudžiamumas.

Inercija yra oro savybė, apibūdinanti jo gebėjimą atsispirti ramybės būsenos pokyčiams arba vienodam tiesiniam judėjimui. . Inercijos matas yra oro masės tankis. Kuo jis didesnis, tuo didesnė terpės inercija ir pasipriešinimo jėga, kai joje juda orlaivis.

Klampumas. Nustato trinties pasipriešinimą orui judant.

Suspaudžiamumas matuoja oro tankio kitimą keičiantis slėgiui. Esant mažam orlaivio greičiui (iki 450 km/h), oro srautui aplink jį tekant slėgio pokyčio nėra, tačiau važiuojant dideliu greičiu pradeda ryškėti gniuždomumo efektas. Jo įtaka viršgarsiniui ypač ryški. Tai yra atskira aerodinamikos sritis ir atskiro straipsnio tema :-).

Na, atrodo, kol kas tiek... Atėjo laikas baigti šį šiek tiek varginantį išvardijimą, kurio, tačiau, negalima apsieiti :-). Žemės atmosfera, jo parametrai, fizines oro savybes yra tokie pat svarbūs orlaiviui kaip ir paties aparato parametrai, ir jų nepaminėti buvo neįmanoma.

Kol kas iki kitų susitikimų ir įdomesnių temų 🙂…

P.S. Desertui siūlau pažiūrėti vaizdo įrašą, nufilmuotą iš MIG-25PU dvynių kabinos skrydžio į stratosferą metu. Filmavo, matyt, turistas, turintis pinigų tokiems skrydžiams :-). Filmuota dažniausiai per priekinį stiklą. Atkreipkite dėmesį į dangaus spalvą...