10,045×103 J/(kg*K) (în intervalul de temperatură de la 0-100°C), C v 8,3710*103 J/(kg*K) (0-1500°C). Solubilitatea aerului în apă la 0°C este de 0,036%, la 25°C - 0,22%.

Compoziția atmosferică

Istoria formării atmosferice

Istoria timpurie

În prezent, știința nu poate urmări toate etapele formării Pământului cu o precizie sută la sută. Conform celei mai comune teorii, atmosfera Pământului a avut patru compoziții diferite de-a lungul timpului. Inițial, a constat din gaze ușoare (hidrogen și heliu) captate din spațiul interplanetar. Acesta este așa-numitul atmosfera primara. În etapa următoare, activitatea vulcanică activă a dus la saturarea atmosferei cu alte gaze decât hidrogenul (hidrocarburi, amoniac, vapori de apă). Așa s-a format atmosfera secundara. Această atmosferă era reconfortantă. În plus, procesul de formare a atmosferei a fost determinat de următorii factori:

• scurgere constantă de hidrogen în spațiul interplanetar;
• reacții chimice care apar în atmosferă sub influența radiațiilor ultraviolete, a descărcărilor de fulgere și a altor factori.

Treptat, acești factori au dus la formare atmosfera tertiara, caracterizată printr-un conținut mult mai scăzut de hidrogen și un conținut mult mai mare de azot și dioxid de carbon (format ca urmare a reacțiilor chimice din amoniac și hidrocarburi).

Apariția vieții și a oxigenului

Odată cu apariția organismelor vii pe Pământ ca urmare a fotosintezei, însoțită de eliberarea de oxigen și absorbția dioxidului de carbon, compoziția atmosferei a început să se schimbe. Există totuși date (analiza compoziției izotopice a oxigenului atmosferic și cea eliberată în timpul fotosintezei) care indică originea geologică a oxigenului atmosferic.

Inițial, oxigenul a fost cheltuit pentru oxidarea compușilor reduși - hidrocarburi, formă feroasă de fier conținută în oceane etc. La sfârșitul acestei etape, conținutul de oxigen din atmosferă a început să crească.

În anii 1990, au fost efectuate experimente pentru a crea un sistem ecologic închis („Biosfera 2”), timp în care nu a fost posibil să se creeze un sistem stabil cu o compoziție uniformă a aerului. Influența microorganismelor a dus la scăderea nivelului de oxigen și la creșterea cantității de dioxid de carbon.

Azot

Formarea unei cantități mari de N 2 se datorează oxidării atmosferei primare de amoniac-hidrogen cu O 2 molecular, care a început să iasă de la suprafața planetei ca urmare a fotosintezei, se presupune că acum aproximativ 3 miliarde de ani (conform la o altă versiune, oxigenul atmosferic este de origine geologică). Azotul este oxidat la NO în atmosfera superioară, folosit în industrie și legat de bacteriile fixatoare de azot, în timp ce N2 este eliberat în atmosferă ca urmare a denitrificării nitraților și a altor compuși care conțin azot.

Azotul N 2 este un gaz inert și reacționează numai în condiții specifice (de exemplu, în timpul unei descărcări de fulgere). Cianobacteriile și unele bacterii (de exemplu, bacteriile nodulare care formează simbioză rizobială cu plantele leguminoase) o pot oxida și transforma în formă biologică.

Oxidarea azotului molecular prin descărcări electrice este utilizată în producția industrială de îngrășăminte cu azot și a dus, de asemenea, la formarea unor depozite unice de nitrați în deșertul Atacama din Chile.

gaze nobile

Arderea combustibilului este principala sursă de gaze poluante (CO, NO, SO2). Dioxidul de sulf este oxidat de aerul O 2 la SO 3 în straturile superioare ale atmosferei, care interacționează cu vaporii de H 2 O și NH 3, iar H 2 SO 4 și (NH 4) 2 SO 4 rezultate se întorc la suprafața Pământului. împreună cu precipitaţii. Utilizarea motoarelor cu ardere internă duce la o poluare semnificativă a atmosferei cu oxizi de azot, hidrocarburi și compuși de Pb.

Poluarea cu aerosoli a atmosferei este cauzată atât de cauze naturale (erupții vulcanice, furtuni de praf, transport de picături de apă de mare și particule de polen vegetal etc.), cât și de activități economice umane (exploatarea minereurilor și materialelor de construcție, arderea combustibilului, fabricarea cimentului etc.). .) . Eliberarea intensă la scară largă de particule în atmosferă este una dintre posibilele cauze ale schimbărilor climatice de pe planetă.

Structura atmosferei și caracteristicile cochiliilor individuale

Starea fizică a atmosferei este determinată de vreme și climă. Parametrii de bază ai atmosferei: densitatea aerului, presiunea, temperatura și compoziția. Pe măsură ce altitudinea crește, densitatea aerului și presiunea atmosferică scad. Temperatura se modifică, de asemenea, odată cu schimbările de altitudine. Structura verticală a atmosferei este caracterizată de temperaturi și proprietăți electrice diferite și de condiții diferite de aer. În funcție de temperatura din atmosferă, se disting următoarele straturi principale: troposferă, stratosferă, mezosferă, termosferă, exosferă (sfera de împrăștiere). Regiunile de tranziție ale atmosferei dintre cochiliile vecine se numesc tropopauză, stratopauză etc.

troposfera

Stratosferă

În stratosferă, cea mai mare parte a undelor scurte a radiației ultraviolete (180-200 nm) este reținută, iar energia undelor scurte este transformată. Sub influența acestor raze, câmpurile magnetice se modifică, moleculele se dezintegrează, are loc ionizarea și are loc o nouă formare de gaze și alți compuși chimici. Aceste procese pot fi observate sub formă de aurore boreale, fulgere și alte străluciri.

În stratosferă și în straturile superioare, sub influența radiației solare, moleculele de gaz se disociază în atomi (peste 80 km CO 2 și H 2 se disociază, peste 150 km - O 2, peste 300 km - H 2). La o altitudine de 100-400 km, ionizarea gazelor are loc și în ionosferă; la o altitudine de 320 km, concentrația particulelor încărcate (O + 2, O - 2, N + 2) este ~ 1/300 din concentrația de particule neutre. În straturile superioare ale atmosferei există radicali liberi - OH, HO 2 etc.

Aproape că nu există vapori de apă în stratosferă.

Mezosfera

Până la o altitudine de 100 km, atmosfera este un amestec omogen, bine amestecat de gaze. În straturile superioare, distribuția gazelor după înălțime depinde de greutățile moleculare ale acestora; concentrația de gaze mai grele scade mai repede cu distanța de la suprafața Pământului. Datorită scăderii densității gazului, temperatura scade de la 0°C în stratosferă la −110°C în mezosferă. Cu toate acestea, energia cinetică a particulelor individuale la altitudini de 200-250 km corespunde unei temperaturi de ~1500°C. Peste 200 km se observă fluctuații semnificative ale temperaturii și densității gazelor în timp și spațiu.

La o altitudine de aproximativ 2000-3000 km, exosfera se transformă treptat în așa-numitul vid din spațiul apropiat, care este umplut cu particule foarte rarefiate de gaz interplanetar, în principal atomi de hidrogen. Dar acest gaz reprezintă doar o parte din materia interplanetară. Cealaltă parte este formată din particule de praf de origine cometă și meteorică. Pe lângă aceste particule extrem de rarefiate, în acest spațiu pătrunde radiațiile electromagnetice și corpusculare de origine solară și galactică.

Troposfera reprezintă aproximativ 80% din masa atmosferei, stratosfera - aproximativ 20%; masa mezosferei nu este mai mare de 0,3%, termosfera este mai mică de 0,05% din masa totală a atmosferei. Pe baza proprietăților electrice din atmosferă, se disting neutronosfera și ionosfera. În prezent se crede că atmosfera se extinde până la o altitudine de 2000-3000 km.

În funcție de compoziția gazului din atmosferă, ele emit homosferăȘi heterosferă. Heterosferă- Aceasta este zona în care gravitația afectează separarea gazelor, deoarece amestecul lor la o astfel de altitudine este neglijabil. Aceasta implică o compoziție variabilă a heterosferei. Sub ea se află o parte bine amestecată, omogenă a atmosferei numită homosferă. Limita dintre aceste straturi se numește turbopauză, se află la o altitudine de aproximativ 120 km.

Proprietăți atmosferice

Deja la o altitudine de 5 km deasupra nivelului mării, o persoană neantrenată începe să se confrunte cu înfometarea de oxigen și, fără adaptare, performanța unei persoane este redusă semnificativ. Zona fiziologică a atmosferei se termină aici. Respirația omului devine imposibilă la o altitudine de 15 km, deși până la aproximativ 115 km atmosfera conține oxigen.

Atmosfera ne furnizează oxigenul necesar pentru respirație. Cu toate acestea, din cauza scăderii presiunii totale a atmosferei, pe măsură ce vă ridicați la altitudine, presiunea parțială a oxigenului scade în mod corespunzător.

Plămânii umani conțin în mod constant aproximativ 3 litri de aer alveolar. Presiunea parțială a oxigenului în aerul alveolar la presiunea atmosferică normală este de 110 mmHg. Art., presiunea dioxidului de carbon - 40 mm Hg. Art., iar vaporii de apă −47 mm Hg. Artă. Odată cu creșterea altitudinii, presiunea oxigenului scade, iar presiunea totală a vaporilor de apă și dioxid de carbon din plămâni rămâne aproape constantă - aproximativ 87 mm Hg. Artă. Furnizarea de oxigen a plămânilor se va opri complet atunci când presiunea aerului ambiant devine egală cu această valoare.

La o altitudine de aproximativ 19-20 km, presiunea atmosferică scade la 47 mm Hg. Artă. Prin urmare, la această altitudine, apa și lichidul interstițial încep să fiarbă în corpul uman. În afara cabinei presurizate la aceste altitudini, moartea are loc aproape instantaneu. Astfel, din punctul de vedere al fiziologiei umane, „spațiul” începe deja la o altitudine de 15-19 km.

Straturile dense de aer - troposfera și stratosfera - ne protejează de efectele dăunătoare ale radiațiilor. Cu suficientă rarefiere a aerului, la altitudini mai mari de 36 km, radiațiile ionizante - razele cosmice primare - au un efect intens asupra organismului; La altitudini de peste 40 km, partea ultravioletă a spectrului solar este periculoasă pentru oameni.

Limita sa superioară se află la o altitudine de 8-10 km în latitudini polare, 10-12 km în latitudinile temperate și 16-18 km în latitudini tropicale; mai scăzut iarna decât vara. Stratul inferior, principal al atmosferei. Conține mai mult de 80% din masa totală a aerului atmosferic și aproximativ 90% din toți vaporii de apă prezenți în atmosferă. Turbulența și convecția sunt foarte dezvoltate în troposferă, apar norii și se dezvoltă cicloni și anticicloni. Temperatura scade odată cu creșterea altitudinii cu un gradient vertical mediu de 0,65°/100 m

Următoarele sunt acceptate ca „condiții normale” la suprafața Pământului: densitate 1,2 kg/m3, presiune barometrică 101,35 kPa, temperatură plus 20 °C și umiditate relativă 50%. Acești indicatori condiționali au o semnificație pur inginerească.

Stratosferă

Un strat al atmosferei situat la o altitudine de 11 până la 50 km. Caracterizat printr-o ușoară modificare a temperaturii în stratul de 11-25 km (stratul inferior al stratosferei) și o creștere a temperaturii în stratul de 25-40 km de la −56,5 la 0,8 ° (stratul superior al stratosferei sau regiunea de inversare). Atinsă o valoare de aproximativ 273 K (aproape 0 ° C) la o altitudine de aproximativ 40 km, temperatura rămâne constantă până la o altitudine de aproximativ 55 km. Această regiune cu temperatură constantă se numește stratopauză și este granița dintre stratosferă și mezosferă.

Stratopauza

Stratul limită al atmosferei dintre stratosferă și mezosferă. În distribuția verticală a temperaturii există un maxim (aproximativ 0 °C).

Mezosfera

Mezopauza

Strat de tranziție între mezosferă și termosferă. Există un minim în distribuția verticală a temperaturii (aproximativ -90°C).

Linia Karman

Înălțimea deasupra nivelului mării, care este acceptată în mod convențional ca graniță între atmosfera Pământului și spațiu.

Termosferă

Limita superioară este de aproximativ 800 km. Temperatura se ridică la altitudini de 200-300 km, unde atinge valori de ordinul a 1500 K, după care rămâne aproape constantă până la altitudini mari. Sub influența radiației solare ultraviolete și razelor X și a radiației cosmice, are loc ionizarea aerului („aurore”) - principalele regiuni ale ionosferei se află în interiorul termosferei. La altitudini de peste 300 km predomină oxigenul atomic.

Exosfera (sfera de împrăștiere)

Până la o altitudine de 100 km, atmosfera este un amestec omogen, bine amestecat de gaze. În straturile superioare, distribuția gazelor după înălțime depinde de greutățile moleculare ale acestora; concentrația de gaze mai grele scade mai repede cu distanța de la suprafața Pământului. Datorită scăderii densității gazelor, temperatura scade de la 0 °C în stratosferă la -110 °C în mezosferă. Cu toate acestea, energia cinetică a particulelor individuale la altitudini de 200-250 km corespunde unei temperaturi de ~1500°C. Peste 200 km se observă fluctuații semnificative ale temperaturii și densității gazelor în timp și spațiu.

La o altitudine de aproximativ 2000-3000 km, exosfera se transformă treptat în așa-numita în apropierea vidului spațial, care este umplut cu particule foarte rarefiate de gaz interplanetar, în principal atomi de hidrogen. Dar acest gaz reprezintă doar o parte din materia interplanetară. Cealaltă parte este formată din particule de praf de origine cometă și meteorică. Pe lângă particulele de praf extrem de rarefiate, în acest spațiu pătrunde radiațiile electromagnetice și corpusculare de origine solară și galactică.

Troposfera reprezintă aproximativ 80% din masa atmosferei, stratosfera - aproximativ 20%; masa mezosferei nu este mai mare de 0,3%, termosfera este mai mică de 0,05% din masa totală a atmosferei. Pe baza proprietăților electrice din atmosferă, se disting neutronosfera și ionosfera. În prezent se crede că atmosfera se extinde până la o altitudine de 2000-3000 km.

În funcție de compoziția gazului din atmosferă, ele emit homosferăȘi heterosferă. Heterosferă- Aceasta este zona în care gravitația afectează separarea gazelor, deoarece amestecul lor la o astfel de altitudine este neglijabil. Aceasta implică o compoziție variabilă a heterosferei. Sub ea se află o parte bine amestecată, omogenă a atmosferei, numită homosferă. Limita dintre aceste straturi se numește turbopauză, se află la o altitudine de aproximativ 120 km.

Proprietăți fizice

Grosimea atmosferei este de aproximativ 2000 - 3000 km de suprafața Pământului. Masa totală de aer este (5,1-5,3)?10 18 kg. Masa molară a aerului curat uscat este 28,966. Presiune la 0 °C la nivelul mării 101,325 kPa; temperatura critică -140,7 °C; presiune critica 3,7 MPa; C p 1,0048?10? J/(kg K)(la 0 °C), C v 0,7159 10? J/(kg K) (la 0 °C). Solubilitatea aerului în apă la 0°C este de 0,036%, la 25°C - 0,22%.

Proprietăți fiziologice și alte proprietăți ale atmosferei

Deja la o altitudine de 5 km deasupra nivelului mării, o persoană neantrenată începe să se confrunte cu înfometarea de oxigen și, fără adaptare, performanța unei persoane este redusă semnificativ. Zona fiziologică a atmosferei se termină aici. Respirația omului devine imposibilă la o altitudine de 15 km, deși până la aproximativ 115 km atmosfera conține oxigen.

Atmosfera ne furnizează oxigenul necesar pentru respirație. Cu toate acestea, din cauza scăderii presiunii totale a atmosferei, pe măsură ce vă ridicați la altitudine, presiunea parțială a oxigenului scade în mod corespunzător.

Plămânii umani conțin în mod constant aproximativ 3 litri de aer alveolar. Presiunea parțială a oxigenului în aerul alveolar la presiunea atmosferică normală este de 110 mmHg. Art., presiunea dioxidului de carbon - 40 mm Hg. Art., si vapori de apa - 47 mm Hg. Artă. Odată cu creșterea altitudinii, presiunea oxigenului scade, iar presiunea totală a vaporilor de apă și dioxid de carbon din plămâni rămâne aproape constantă - aproximativ 87 mm Hg. Artă. Furnizarea de oxigen a plămânilor se va opri complet atunci când presiunea aerului ambiant devine egală cu această valoare.

La o altitudine de aproximativ 19-20 km, presiunea atmosferică scade la 47 mm Hg. Artă. Prin urmare, la această altitudine, apa și lichidul interstițial încep să fiarbă în corpul uman. În afara cabinei presurizate la aceste altitudini, moartea are loc aproape instantaneu. Astfel, din punctul de vedere al fiziologiei umane, „spațiul” începe deja la o altitudine de 15-19 km.

Straturile dense de aer - troposfera și stratosfera - ne protejează de efectele dăunătoare ale radiațiilor. Cu suficientă rarefiere a aerului, la altitudini mai mari de 36 km, radiațiile ionizante - razele cosmice primare - au un efect intens asupra organismului; La altitudini de peste 40 km, partea ultravioletă a spectrului solar este periculoasă pentru oameni.

Pe măsură ce ne ridicăm la o înălțime din ce în ce mai mare deasupra suprafeței Pământului, fenomene cunoscute observate în straturile inferioare ale atmosferei, cum ar fi propagarea sunetului, apariția ridicării și rezistenței aerodinamice, transferul de căldură prin convecție etc., slăbesc treptat și apoi dispar complet. .

În straturile rarefiate de aer, propagarea sunetului este imposibilă. Până la altitudini de 60-90 km, este încă posibilă utilizarea rezistenței aerului și a portanței pentru zborul aerodinamic controlat. Însă pornind de la altitudini de 100-130 km, conceptele de număr M și bariera sonoră, familiare fiecărui pilot, își pierd sensul; acolo trece linia convențională Karman, dincolo de care începe sfera zborului pur balistic, care nu poate decât controlată cu ajutorul forțelor reactive.

La altitudini de peste 100 km, atmosfera este lipsită de o altă proprietate remarcabilă - capacitatea de a absorbi, conduce și transmite energie termică prin convecție (adică prin amestecarea aerului). Aceasta înseamnă că diverse elemente ale echipamentelor de pe stația spațială orbitală nu vor putea fi răcite din exterior în același mod cum se face de obicei pe un avion - cu ajutorul jeturilor de aer și radiatoarelor de aer. La această altitudine, ca și în spațiu în general, singura modalitate de a transfera căldură este radiația termică.

Compoziția atmosferică

Atmosfera Pământului este formată în principal din gaze și diverse impurități (praf, picături de apă, cristale de gheață, săruri marine, produse de ardere).

Concentrația gazelor care formează atmosfera este aproape constantă, cu excepția apei (H 2 O) și a dioxidului de carbon (CO 2).

Compoziția aerului uscat

Gaz	Conţinut în volum,%	Conţinut după greutate,%
Azot	78,084	75,50
Oxigen	20,946	23,10
Argon	0,932	1,286
Apă	0,5-4	-
Dioxid de carbon	0,032	0,046
Neon	1,818×10 −3	1,3×10 −3
Heliu	4,6×10 −4	7,2×10 −5
Metan	1,7×10 −4	-
Krypton	1,14×10 −4	2,9×10 −4
Hidrogen	5×10 −5	7,6×10 −5
Xenon	8,7×10 −6	-
Oxid de azot	5×10 −5	7,7×10 −5

Pe lângă gazele indicate în tabel, atmosfera conține SO 2, NH 3, CO, ozon, hidrocarburi, HCl, vapori, I 2, precum și multe alte gaze în cantități mici. Troposfera conține în mod constant o cantitate mare de particule solide și lichide în suspensie (aerosoli).

Istoria formării atmosferice

Conform celei mai comune teorii, atmosfera Pământului a avut patru compoziții diferite de-a lungul timpului. Inițial, a constat din gaze ușoare (hidrogen și heliu) captate din spațiul interplanetar. Acesta este așa-numitul atmosfera primara(acum aproximativ patru miliarde de ani). În etapa următoare, activitatea vulcanică activă a dus la saturarea atmosferei cu alte gaze decât hidrogenul (dioxid de carbon, amoniac, vapori de apă). Așa s-a format atmosfera secundara(aproximativ trei miliarde de ani înainte de ziua de azi). Această atmosferă era reconfortantă. În plus, procesul de formare a atmosferei a fost determinat de următorii factori:

• scurgerea gazelor ușoare (hidrogen și heliu) în spațiul interplanetar;
• reacții chimice care apar în atmosferă sub influența radiațiilor ultraviolete, a descărcărilor de fulgere și a altor factori.

Treptat, acești factori au dus la formare atmosfera tertiara, caracterizată printr-un conținut mult mai scăzut de hidrogen și un conținut mult mai mare de azot și dioxid de carbon (format ca urmare a reacțiilor chimice din amoniac și hidrocarburi).

Azot

Formarea unei cantități mari de N 2 se datorează oxidării atmosferei de amoniac-hidrogen de către O 2 molecular, care a început să iasă de la suprafața planetei ca urmare a fotosintezei, începând cu 3 miliarde de ani. N2 este, de asemenea, eliberat în atmosferă ca urmare a denitrificării nitraților și a altor compuși care conțin azot. Azotul este oxidat de ozon la NO în atmosfera superioară.

Azotul N 2 reacționează numai în condiții specifice (de exemplu, în timpul descărcării unui fulger). Oxidarea azotului molecular de către ozon în timpul descărcărilor electrice este utilizată în producția industrială de îngrășăminte cu azot. Cianobacteriile (alge albastru-verzi) și bacteriile nodulare care formează simbioză rizobială cu plantele leguminoase, așa-numitele, o pot oxida cu un consum redus de energie și o pot transforma într-o formă biologic activă. gunoi de grajd verde.

Oxigen

Compoziția atmosferei a început să se schimbe radical odată cu apariția organismelor vii pe Pământ, ca urmare a fotosintezei, însoțită de eliberarea de oxigen și absorbția de dioxid de carbon. Inițial, oxigenul a fost cheltuit pentru oxidarea compușilor reduși - amoniac, hidrocarburi, formă feroasă de fier conținută în oceane etc. La sfârșitul acestei etape, conținutul de oxigen din atmosferă a început să crească. Treptat, s-a format o atmosferă modernă cu proprietăți oxidante. Deoarece a provocat schimbări majore și abrupte în multe procese care au loc în atmosferă, litosferă și biosferă, evenimentul a fost numit dezastrul oxigenului.

Dioxid de carbon

Conținutul de CO 2 din atmosferă depinde de activitatea vulcanică și de procesele chimice din învelișul pământului, dar mai ales - de intensitatea biosintezei și descompunerii materiei organice din biosfera Pământului. Aproape întreaga biomasă actuală a planetei (aproximativ 2,4 × 10 12 tone) se formează din cauza dioxidului de carbon, azotului și vaporilor de apă conținute în aerul atmosferic. Organele îngropate în ocean, mlaștini și păduri se transformă în cărbune, petrol și gaze naturale. (vezi ciclul geochimic al carbonului)

gaze nobile

Poluarea aerului

Recent, oamenii au început să influențeze evoluția atmosferei. Rezultatul activităților sale a fost o creștere constantă semnificativă a conținutului de dioxid de carbon din atmosferă, datorită arderii combustibililor hidrocarburi acumulați în erele geologice anterioare. Cantități uriașe de CO 2 sunt consumate în timpul fotosintezei și absorbite de oceanele lumii. Acest gaz pătrunde în atmosferă datorită descompunerii rocilor carbonatice și a substanțelor organice de origine vegetală și animală, precum și datorită vulcanismului și activității industriale umane. În ultimii 100 de ani, conținutul de CO 2 din atmosferă a crescut cu 10%, cea mai mare parte (360 de miliarde de tone) provenind din arderea combustibilului. Dacă ritmul de creștere a arderii combustibilului continuă, atunci în următorii 50-60 de ani cantitatea de CO 2 din atmosferă se va dubla și ar putea duce la schimbări climatice globale.

Arderea combustibilului este principala sursă de gaze poluante (CO, SO2). Dioxidul de sulf este oxidat de oxigenul atmosferic la SO 3 în straturile superioare ale atmosferei, care la rândul său interacționează cu apa și vaporii de amoniac și acidul sulfuric (H 2 SO 4 ) și sulfatul de amoniu ((NH 4 ) 2 SO 4 rezultați. ) sunt returnate la suprafața Pământului sub forma așa-numitelor. ploaie acidă. Utilizarea motoarelor cu ardere internă conduce la o poluare atmosferică semnificativă cu oxizi de azot, hidrocarburi și compuși de plumb (tetraetil plumb Pb(CH 3 CH 2) 4)).

Poluarea cu aerosoli a atmosferei este cauzată atât de cauze naturale (erupții vulcanice, furtuni de praf, antrenare de picături de apă de mare și polen de plante etc.), cât și de activități economice umane (exploatarea minereurilor și materialelor de construcție, arderea combustibilului, fabricarea cimentului etc.). ). Eliberarea intensă la scară largă de particule în atmosferă este una dintre posibilele cauze ale schimbărilor climatice de pe planetă.

Literatură

1. V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov „Biologie și medicină spațială” (ediția a II-a, revizuită și extinsă), M.: „Prosveshchenie”, 1975, 223 p.
2. N. V. Gusakova „Chimia mediului”, Rostov-pe-Don: Phoenix, 2004, 192 cu ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V. A.. Geochimia gazelor naturale, M., 1971;
4. McEwen M., Phillips L.. Atmospheric Chemistry, M., 1978;
5. Wark K., Warner S., Poluarea aerului. Surse și control, trad. din engleză, M.. 1980;
6. Monitorizarea poluării de fond a mediilor naturale. V. 1, L., 1982.

Vezi si

Legături

Atmosfera Pământului

Atmosfera este un amestec de diferite gaze. Se întinde de la suprafața Pământului până la o înălțime de 900 km, protejând planeta de spectrul dăunător al radiațiilor solare și conține gaze necesare întregii vieți de pe planetă. Atmosfera captează căldura de la soare, încălzind suprafața pământului și creând un climat favorabil.

Compoziția atmosferică

Atmosfera Pământului este formată în principal din două gaze - azot (78%) și oxigen (21%). În plus, conține impurități de dioxid de carbon și alte gaze. în atmosferă există sub formă de vapori, picături de umiditate în nori și cristale de gheață.

Straturi ale atmosferei

Atmosfera este formată din multe straturi, între care nu există limite clare. Temperaturile diferitelor straturi diferă semnificativ unele de altele.

• Magnetosferă fără aer. Aici zboară majoritatea sateliților Pământului în afara atmosferei Pământului.
• Exosfera (450-500 km de la suprafață). Aproape fără gaze. Unii sateliți meteorologici zboară în exosferă. Termosfera (80-450 km) se caracterizează prin temperaturi ridicate, ajungând la 1700°C în stratul superior.
• Mezosfera (50-80 km). În această zonă, temperatura scade pe măsură ce crește altitudinea. Aici ard majoritatea meteoriților (fragmente de roci spațiale) care intră în atmosferă.
• Stratosferă (15-50 km). Conține strat de ozon, adică un strat de ozon care absoarbe radiațiile ultraviolete de la Soare. Acest lucru face ca temperaturile de lângă suprafața Pământului să crească. Avioanele cu reacție zboară de obicei aici pentru că Vizibilitatea în acest strat este foarte bună și aproape că nu există interferențe cauzate de condițiile meteorologice.
• troposfera. Înălțimea variază de la 8 până la 15 km de la suprafața pământului. Aici se formează vremea planetei, deoarece în Acest strat conține cei mai mulți vapori de apă, praf și vânturi. Temperatura scade cu distanța de la suprafața pământului.

Presiunea atmosferică

Deși nu o simțim, straturile atmosferei exercită presiune asupra suprafeței Pământului. Este cel mai înalt lângă suprafață și, pe măsură ce vă îndepărtați de ea, scade treptat. Depinde de diferența de temperatură dintre pământ și ocean și, prin urmare, în zonele situate la aceeași altitudine deasupra nivelului mării există adesea presiuni diferite. Presiunea scăzută aduce vreme umedă, în timp ce presiunea ridicată aduce de obicei vreme senină.

Mișcarea maselor de aer în atmosferă

Iar presiunile forțează straturile inferioare ale atmosferei să se amestece. Așa se ridică vânturile, care suflă din zone cu presiune ridicată în zone cu presiune scăzută. În multe regiuni, vânturile locale apar și din cauza diferențelor de temperatură dintre uscat și mare. Munții au, de asemenea, o influență semnificativă asupra direcției vântului.

Efect de sera

Dioxidul de carbon și alte gaze care formează atmosfera pământului captează căldura de la soare. Acest proces este denumit în mod obișnuit efect de seră, deoarece amintește în multe privințe de circulația căldurii în sere. Efectul de seră provoacă încălzirea globală a planetei. În zonele de înaltă presiune - anticicloni - se instalează vreme senină și însorită. Zonele de joasă presiune - ciclonii - se confruntă de obicei cu vreme instabilă. Căldura și lumina intră în atmosferă. Gazele captează căldura reflectată de pe suprafața pământului, provocând astfel o creștere a temperaturii pe Pământ.

Există un strat special de ozon în stratosferă. Ozonul blochează cea mai mare parte a radiațiilor ultraviolete ale soarelui, protejând Pământul și toată viața de pe el. Oamenii de știință au descoperit că cauza distrugerii stratului de ozon este gazele speciale de dioxid de clorofluorocarbon conținute în unii aerosoli și echipamente de refrigerare. Peste Arctica și Antarctica, au fost descoperite găuri uriașe în stratul de ozon, contribuind la creșterea cantității de radiații ultraviolete care afectează suprafața Pământului.

Ozonul se formează în atmosfera inferioară ca rezultat între radiația solară și diferite gaze și gaze de eșapament. De obicei, este dispersat în atmosferă, dar dacă sub un strat de aer cald se formează un strat închis de aer rece, ozonul se concentrează și apare smog. Din păcate, acest lucru nu poate înlocui ozonul pierdut în găurile de ozon.

O gaură în stratul de ozon deasupra Antarcticii este clar vizibilă în această fotografie prin satelit. Dimensiunea găurii variază, dar oamenii de știință cred că este în continuă creștere. Se fac eforturi pentru a reduce nivelul gazelor de eșapament din atmosferă. Poluarea aerului ar trebui redusă și combustibilii fără fum ar trebui să fie folosiți în orașe. Smogul provoacă iritarea ochilor și sufocarea multor persoane.

Apariția și evoluția atmosferei Pământului

Atmosfera modernă a Pământului este rezultatul unei dezvoltări evolutive îndelungate. A apărut ca urmare a acțiunilor combinate ale factorilor geologici și a activității vitale a organismelor. De-a lungul istoriei geologice, atmosfera pământului a suferit mai multe schimbări profunde. Pe baza datelor geologice și a premiselor teoretice, atmosfera primordială a tânărului Pământ, care a existat în urmă cu aproximativ 4 miliarde de ani, ar putea consta dintr-un amestec de gaze inerte și nobile cu un mic adaos de azot pasiv (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993). În prezent, viziunea asupra compoziției și structurii atmosferei timpurii s-a schimbat oarecum. Atmosfera primară (proto-atmosfera) la cel mai timpuriu stadiu protoplanetar., adică mai veche de 4,2 miliarde. ani, ar putea consta dintr-un amestec de metan, amoniac și dioxid de carbon.Ca urmare a degazării mantalei și a proceselor active de intemperii care au loc la suprafața pământului, vaporii de apă, compușii carbonului sub formă de CO 2 și CO, sulf și Compușii au început să pătrundă în atmosferă, precum și acizi puternici cu halogen - HCI, HF, HI și acid boric, care au fost completați cu metan, amoniac, hidrogen, argon și alte gaze nobile în atmosferă. Această atmosferă primară era extrem de subțire. Prin urmare, temperatura de la suprafața pământului era apropiată de temperatura echilibrului radiativ (A. S. Monin, 1977).

De-a lungul timpului, compoziția gazoasă a atmosferei primare a început să se transforme sub influența proceselor de intemperii ale rocilor proeminente pe suprafața pământului, a activității cianobacteriilor și a algelor albastre-verzi, a proceselor vulcanice și a acțiunii luminii solare. Aceasta a dus la descompunerea metanului în dioxid de carbon, a amoniacului în azot și hidrogen; Dioxidul de carbon, care s-a scufundat încet la suprafața pământului, și azotul au început să se acumuleze în atmosfera secundară. Datorită activității vitale a algelor albastre-verzi, oxigenul a început să fie produs în procesul de fotosinteză, care, totuși, la început a fost cheltuit în principal pentru „oxidarea gazelor atmosferice și apoi a rocilor. În același timp, amoniacul, oxidat în azot molecular, a început să se acumuleze intens în atmosferă. Se presupune că o cantitate semnificativă de azot din atmosfera modernă este relicvă. Metanul și monoxidul de carbon au fost oxidați la dioxid de carbon. Sulful și hidrogenul sulfurat au fost oxidate la SO 2 și SO 3, care, datorită mobilității și ușurinței lor ridicate, au fost îndepărtate rapid din atmosferă. Astfel, atmosfera dintr-o atmosferă reducătoare, așa cum a fost în Archean și Proterozoicul timpuriu, s-a transformat treptat într-una oxidantă.

Dioxidul de carbon a intrat în atmosferă atât ca urmare a oxidării metanului, cât și ca urmare a degazării mantalei și a intemperiilor rocilor. În cazul în care tot dioxidul de carbon eliberat de-a lungul întregii istorii a Pământului a fost păstrat în atmosferă, presiunea sa parțială în prezent ar putea deveni aceeași ca pe Venus (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Dar pe Pământ era la lucru procesul invers. O parte semnificativă a dioxidului de carbon din atmosferă a fost dizolvată în hidrosferă, în care a fost folosit de hidrobionți pentru a-și construi cochiliile și transformat biogen în carbonați. Ulterior, din ei s-au format straturi groase de carbonați chimiogeni și organogeni.

Oxigenul a intrat în atmosferă din trei surse. Multă vreme, începând din momentul apariției Pământului, acesta a fost eliberat în timpul degazării mantalei și a fost cheltuit în principal pe procese oxidative.O altă sursă de oxigen a fost fotodisociarea vaporilor de apă prin radiația solară ultravioletă tare. Aparențe; oxigenul liber din atmosferă a dus la moartea majorității procariotelor care trăiau în condiții reducătoare. Organismele procariote și-au schimbat habitatele. Ei au lăsat suprafața Pământului în adâncurile sale și în zonele în care încă au rămas condițiile de recuperare. Au fost înlocuite cu eucariote, care au început să transforme energetic dioxidul de carbon în oxigen.

În perioada arheană și o parte semnificativă a Proterozoicului, aproape tot oxigenul care a apărut atât în ​​mod abiogen, cât și în cel biogene a fost cheltuit în principal pentru oxidarea fierului și a sulfului. Până la sfârșitul Proterozoicului, tot fierul metalic divalent situat pe suprafața pământului fie s-a oxidat, fie s-a mutat în miezul pământului. Acest lucru a făcut ca presiunea parțială a oxigenului din atmosfera proterozoică timpurie să se schimbe.

În mijlocul Proterozoicului, concentrația de oxigen din atmosferă a ajuns la punctul Juriului și s-a ridicat la 0,01% din nivelul modern. Începând din acest moment, oxigenul a început să se acumuleze în atmosferă și, probabil, deja la sfârșitul Rifeului conținutul său a atins punctul Pasteur (0,1% din nivelul modern). Este posibil ca stratul de ozon să fi apărut în perioada Vendiană și să nu fi dispărut niciodată.

Apariția oxigenului liber în atmosfera pământului a stimulat evoluția vieții și a dus la apariția unor noi forme cu metabolism mai avansat. Dacă mai devreme algele eucariote unicelulare și cianele, care au apărut la începutul Proterozoicului, necesitau un conținut de oxigen în apă de numai 10 -3 din concentrația sa modernă, atunci odată cu apariția Metazoarelor nescheletice la sfârșitul Vendianului timpuriu, adică acum aproximativ 650 de milioane de ani, concentrația de oxigen din atmosferă ar trebui să fie semnificativ mai mare. La urma urmei, Metazoa a folosit respirația cu oxigen și aceasta a necesitat ca presiunea parțială a oxigenului să atingă un nivel critic - punctul Pasteur. În acest caz, procesul de fermentație anaerobă a fost înlocuit cu un metabolism energetic mai promițător și progresiv al oxigenului.

După aceasta, acumularea suplimentară de oxigen în atmosfera pământului a avut loc destul de repede. Creșterea progresivă a volumului algelor albastre-verzi a contribuit la atingerea în atmosferă a nivelului de oxigen necesar pentru susținerea vieții lumii animale. O anumită stabilizare a conținutului de oxigen din atmosferă a avut loc din momentul în care plantele au ajuns pe uscat - acum aproximativ 450 de milioane de ani. Apariția plantelor pe uscat, care a avut loc în perioada siluriană, a dus la stabilizarea finală a nivelului de oxigen din atmosferă. Din acel moment, concentrația sa a început să fluctueze în limite destul de înguste, fără a depăși niciodată limitele existenței vieții. Concentrația de oxigen din atmosferă s-a stabilizat complet de la apariția plantelor cu flori. Acest eveniment a avut loc la mijlocul perioadei Cretacice, adică. acum aproximativ 100 de milioane de ani.

Cea mai mare parte a azotului s-a format în primele etape ale dezvoltării Pământului, în principal din cauza descompunerii amoniacului. Odată cu apariția organismelor, a început procesul de legare a azotului atmosferic în materie organică și de îngropare a acestuia în sedimentele marine. După ce organismele au ajuns pe pământ, azotul a început să fie îngropat în sedimentele continentale. Procesele de prelucrare a azotului liber s-au intensificat mai ales odată cu apariția plantelor terestre.

La trecerea dintre Criptozoic și Fanerozoic, adică acum aproximativ 650 de milioane de ani, conținutul de dioxid de carbon din atmosferă a scăzut la zeci de procente și a atins un conținut apropiat de nivelul modern abia recent, aproximativ 10-20 de milioane de ani. în urmă.

Astfel, compoziția gazoasă a atmosferei nu numai că a oferit spațiu de viață pentru organisme, dar a determinat și caracteristicile activității lor de viață și a contribuit la așezare și evoluție. Perturbările emergente în distribuția compoziției gazoase a atmosferei favorabile organismelor, atât din motive cosmice, cât și planetare, au condus la dispariții în masă ale lumii organice, care au avut loc în mod repetat în timpul Criptozoicului și la anumite limite ale istoriei fanerozoice.

Funcțiile etnosferice ale atmosferei

Atmosfera Pământului furnizează substanțele necesare, energia și determină direcția și viteza proceselor metabolice. Compoziția gazoasă a atmosferei moderne este optimă pentru existența și dezvoltarea vieții. Fiind zona în care se formează vremea și clima, atmosfera trebuie să creeze condiții confortabile pentru viața oamenilor, animalelor și vegetației. Abaterile într-o direcție sau alta în calitatea aerului atmosferic și condițiile meteorologice creează condiții extreme pentru viața florei și faunei, inclusiv a oamenilor.

Atmosfera Pământului nu numai că oferă condițiile existenței umanității, dar este principalul factor în evoluția etnosferei. În același timp, se dovedește a fi o resursă de energie și materie primă pentru producție. În general, atmosfera este un factor care păstrează sănătatea umană, iar unele zone, datorită condițiilor fizico-geografice și calității aerului atmosferic, servesc drept zone de agrement și sunt zone destinate tratamentului sanatoriu-stațiune și recreerii oamenilor. Astfel, atmosfera este un factor de impact estetic și emoțional.

Funcțiile etnosferei și tehnosferei atmosferei, definite destul de recent (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), necesită un studiu independent și aprofundat. Astfel, studiul funcțiilor energiei atmosferice este foarte relevant, atât din punctul de vedere al apariției și funcționării proceselor care dăunează mediului, cât și din punct de vedere al impactului asupra sănătății și bunăstării oamenilor. În acest caz, vorbim despre energia ciclonilor și anticiclonilor, a vârtejurilor atmosferice, a presiunii atmosferice și a altor fenomene atmosferice extreme, a căror utilizare eficientă va contribui la rezolvarea cu succes a problemei obținerii de surse alternative de energie care nu poluează mediu inconjurator. La urma urmei, mediul aerian, în special acea parte a acestuia care se află deasupra Oceanului Mondial, este o zonă în care se eliberează o cantitate colosală de energie liberă.

De exemplu, s-a stabilit că ciclonii tropicali de putere medie eliberează energie echivalentă cu energia a 500 de mii de bombe atomice aruncate pe Hiroshima și Nagasaki într-o singură zi. În 10 zile de existență a unui astfel de ciclon, se eliberează suficientă energie pentru a satisface toate nevoile energetice ale unei țări precum Statele Unite, timp de 600 de ani.

În ultimii ani, au fost publicate, într-un fel sau altul, un număr mare de lucrări ale oamenilor de știință naturii care tratează diverse aspecte ale activității și influența atmosferei asupra proceselor pământești, ceea ce indică intensificarea interacțiunilor interdisciplinare în știința naturală modernă. În același timp, se manifestă rolul integrator al unora dintre direcțiile sale, printre care se remarcă direcția funcțional-ecologică în geoecologie.

Această direcție stimulează analiza și generalizarea teoretică asupra funcțiilor ecologice și rolului planetar al diverselor geosfere, iar aceasta, la rândul său, este o condiție prealabilă importantă pentru dezvoltarea metodologiei și a fundamentelor științifice pentru studiul holistic al planetei noastre, utilizarea rațională și protecția resursele sale naturale.

Atmosfera Pământului este formată din mai multe straturi: troposferă, stratosferă, mezosferă, termosferă, ionosferă și exosferă. În vârful troposferei și în partea de jos a stratosferei se află un strat îmbogățit cu ozon, numit scut de ozon. Au fost stabilite anumite modele (zilnic, sezonier, anual etc.) în distribuția ozonului. De la origine, atmosfera a influențat cursul proceselor planetare. Compoziția primară a atmosferei a fost complet diferită de cea din prezent, dar în timp ponderea și rolul azotului molecular a crescut constant, acum aproximativ 650 de milioane de ani a apărut oxigenul liber, a cărui cantitate a crescut continuu, dar concentrația de dioxid de carbon a scăzut în consecință. Mobilitatea ridicată a atmosferei, compoziția sa de gaze și prezența aerosolilor determină rolul său remarcabil și participarea activă la o varietate de procese geologice și biosferei. Atmosfera joacă un rol important în redistribuirea energiei solare și în dezvoltarea fenomenelor naturale catastrofale și a dezastrelor. Vortexurile atmosferice - tornadele (tornade), uraganele, taifunurile, cicloanele și alte fenomene au un impact negativ asupra lumii organice și sistemelor naturale. Principalele surse de poluare, împreună cu factorii naturali, sunt diversele forme de activitate economică umană. Impactul antropic asupra atmosferei se exprimă nu numai prin apariția diverșilor aerosoli și gaze cu efect de seră, ci și printr-o creștere a cantității de vapori de apă și se manifestă sub formă de smog și ploi acide. Gazele cu efect de seră modifică regimul de temperatură al suprafeței pământului; emisiile unor gaze reduc volumul stratului de ozon și contribuie la formarea găurilor de ozon. Rolul etnosferic al atmosferei Pământului este mare.

Rolul atmosferei în procesele naturale

Atmosfera de suprafață, în starea sa intermediară între litosferă și spațiul cosmic și compoziția sa gazoasă, creează condiții pentru viața organismelor. În același timp, intemperii și intensitatea distrugerii rocilor, transferul și acumularea de material clastic depind de cantitatea, natura și frecvența precipitațiilor, de frecvența și puterea vântului și mai ales de temperatura aerului. Atmosfera este o componentă centrală a sistemului climatic. Temperatura și umiditatea aerului, înnorarea și precipitațiile, vântul - toate acestea caracterizează vremea, adică starea în continuă schimbare a atmosferei. În același timp, aceleași componente caracterizează clima, adică regimul meteorologic mediu pe termen lung.

Compoziția gazelor, prezența norilor și a diferitelor impurități, care sunt numite particule de aerosoli (cenusa, praf, particule de vapori de apă), determină caracteristicile trecerii radiației solare prin atmosferă și împiedică scăparea radiației termice a Pământului. în spațiul cosmic.

Atmosfera Pământului este foarte mobilă. Procesele care apar în el și modificările compoziției sale de gaz, grosimea, tulbureala, transparența și prezența anumitor particule de aerosoli în el afectează atât vremea, cât și clima.

Acțiunea și direcția proceselor naturale, precum și viața și activitatea pe Pământ, sunt determinate de radiația solară. Acesta furnizează 99,98% din căldura furnizată pe suprafața pământului. În fiecare an, aceasta se ridică la 134 * 10 19 kcal. Această cantitate de căldură poate fi obținută prin arderea a 200 de miliarde de tone de cărbune. Rezervele de hidrogen care creează acest flux de energie termonucleară în masa Soarelui vor dura cel puțin încă 10 miliarde de ani, adică o perioadă de două ori mai lungă decât existența planetei noastre și a ei însăși.

Aproximativ 1/3 din cantitatea totală de energie solară care ajunge la limita superioară a atmosferei este reflectată înapoi în spațiu, 13% este absorbită de stratul de ozon (inclusiv aproape toată radiația ultravioletă). 7% - restul atmosferei și doar 44% ajunge la suprafața pământului. Radiația solară totală care ajunge pe Pământ pe zi este egală cu energia pe care umanitatea a primit-o ca urmare a arderii tuturor tipurilor de combustibil în ultimul mileniu.

Cantitatea și natura distribuției radiației solare pe suprafața pământului depind îndeaproape de înnorabilitatea și transparența atmosferei. Cantitatea de radiație împrăștiată este afectată de înălțimea Soarelui deasupra orizontului, de transparența atmosferei, de conținutul de vapori de apă, de praf, de cantitatea totală de dioxid de carbon etc.

Cantitatea maximă de radiație împrăștiată ajunge în regiunile polare. Cu cât Soarele este mai jos deasupra orizontului, cu atât mai puțină căldură intră într-o anumită zonă a terenului.

Transparența atmosferică și tulbureala sunt de mare importanță. Într-o zi de vară înnorată, este de obicei mai frig decât într-o zi senină, deoarece înnorarea zilei împiedică încălzirea suprafeței pământului.

Prăfuirea atmosferei joacă un rol major în distribuția căldurii. Particulele solide fin dispersate de praf și cenușă găsite în el, care îi afectează transparența, afectează negativ distribuția radiației solare, cea mai mare parte din care este reflectată. Particulele fine intră în atmosferă în două moduri: fie cenușă emisă în timpul erupțiilor vulcanice, fie praf deșertic transportat de vânturile din regiunile tropicale și subtropicale aride. În special, o mulțime de astfel de praf se formează în timpul secetei, când curenții de aer cald îl transportă în straturile superioare ale atmosferei și pot rămâne acolo mult timp. După erupția vulcanului Krakatoa în 1883, praful aruncat zeci de kilometri în atmosferă a rămas în stratosferă timp de aproximativ 3 ani. Ca urmare a erupției din 1985 a vulcanului El Chichon (Mexic), praful a ajuns în Europa și, prin urmare, a avut loc o scădere ușoară a temperaturilor de suprafață.

Atmosfera Pământului conține cantități variabile de vapori de apă. În termeni absoluti în greutate sau volum, cantitatea sa variază de la 2 la 5%.

Vaporii de apă, precum dioxidul de carbon, sporesc efectul de seră. În norii și ceața care apar în atmosferă, au loc procese fizice și chimice deosebite.

Sursa principală de vapori de apă în atmosferă este suprafața Oceanului Mondial. Din el se evaporă anual un strat de apă cu o grosime de 95 până la 110 cm.O parte din umiditate se întoarce în ocean după condensare, iar cealaltă este direcționată de curenții de aer către continente. În zonele cu climat umed variabil, precipitațiile umezesc solul, iar în climatele umede creează rezerve de apă subterană. Astfel, atmosfera este un acumulator de umiditate și un rezervor de precipitații. iar ceața care se formează în atmosferă asigură umiditate acoperirii solului și, prin urmare, joacă un rol decisiv în dezvoltarea florei și faunei.

Umiditatea atmosferică este distribuită pe suprafața pământului datorită mobilității atmosferei. Se caracterizează printr-un sistem foarte complex de distribuție a vântului și a presiunii. Datorită faptului că atmosfera este în mișcare continuă, natura și scara distribuției fluxurilor și presiunii vântului sunt în continuă schimbare. Scara circulației variază de la micrometeorologic, cu o dimensiune de doar câteva sute de metri, până la o scară globală de câteva zeci de mii de kilometri. Vortexurile atmosferice uriașe participă la crearea unor sisteme de curenți de aer la scară largă și determină circulația generală a atmosferei. În plus, sunt surse de fenomene atmosferice catastrofale.

Distribuția condițiilor meteorologice și climatice și funcționarea materiei vii depind de presiunea atmosferică. Dacă presiunea atmosferică fluctuează în limite mici, ea nu joacă un rol decisiv în bunăstarea oamenilor și în comportamentul animalelor și nu afectează funcțiile fiziologice ale plantelor. Modificările de presiune sunt de obicei asociate cu fenomene frontale și schimbările meteorologice.

Presiunea atmosferică este de o importanță fundamentală pentru formarea vântului, care, fiind un factor de formare a reliefului, are un impact puternic asupra lumii animale și vegetale.

Vântul poate suprima creșterea plantelor și, în același timp, poate promova transferul semințelor. Rolul vântului în modelarea condițiilor meteorologice și climatice este mare. De asemenea, acționează ca un regulator al curenților marin. Vântul, ca unul dintre factorii exogeni, contribuie la eroziunea și deflația materialului deteriorat pe distanțe lungi.

Rolul ecologic și geologic al proceselor atmosferice

O scădere a transparenței atmosferei datorită apariției particulelor de aerosoli și a prafului solid în aceasta afectează distribuția radiației solare, crescând albedo sau reflectivitatea. Diverse reacții chimice care provoacă descompunerea ozonului și generarea de nori „perle” formați din vapori de apă duc la același rezultat. Schimbările globale ale reflectivității, precum și modificările gazelor atmosferice, în principal gazele cu efect de seră, sunt responsabile de schimbările climatice.

Încălzirea neuniformă, care provoacă diferențe de presiune atmosferică pe diferite părți ale suprafeței pământului, duce la circulația atmosferică, care este semnul distinctiv al troposferei. Când apare o diferență de presiune, aerul curge din zonele de înaltă presiune în zonele de joasă presiune. Aceste mișcări ale maselor de aer, împreună cu umiditatea și temperatura, determină principalele caracteristici ecologice și geologice ale proceselor atmosferice.

În funcție de viteză, vântul efectuează diverse lucrări geologice pe suprafața pământului. Cu viteza de 10 m/s scutura crengi groase de copaci, ridicand si transportand praf si nisip fin; sparge ramurile copacilor cu viteza de 20 m/s, transporta nisip si pietris; cu o viteză de 30 m/s (furtună) smulge acoperișurile caselor, smulge copaci, rupe stâlpi, mută pietricele și transportă mici moloz, iar un vânt de uragan cu viteza de 40 m/s distruge case, sparge și demolează puterea. aliniază stâlpi, smulge copaci mari.

Vârtejuri și tornade (tornade) - vârtejuri atmosferice care apar în sezonul cald pe fronturi atmosferice puternice, cu viteze de până la 100 m/s, au un mare impact negativ asupra mediului cu consecințe catastrofale. Furtunele sunt vârtejuri orizontale cu viteze ale vântului de uragan (până la 60-80 m/s). Acestea sunt adesea însoțite de ploi puternice și furtuni care durează de la câteva minute până la o jumătate de oră. Furtunele acoperă zone de până la 50 km lățime și parcurg o distanță de 200-250 km. O furtună cu furtună la Moscova și regiunea Moscovei în 1998 a deteriorat acoperișurile multor case și a prăbușit copaci.

Tornadele, numite tornade în America de Nord, sunt vârtejuri atmosferice puternice în formă de pâlnie, adesea asociate cu nori de tunete. Acestea sunt coloane de aer care se îngustează în mijloc, cu un diametru de câteva zeci până la sute de metri. O tornadă are aspectul unei pâlnii, foarte asemănătoare cu trunchiul unui elefant, care coboară din nori sau se ridică de la suprafața pământului. Dispunând de rarefacție puternică și o viteză mare de rotație, o tornadă călătorește până la câteva sute de kilometri, atrăgând praf, apă din rezervoare și diverse obiecte. Tornadele puternice sunt însoțite de furtuni, ploaie și au o mare putere distructivă.

Tornadele apar rar în regiunile subpolare sau ecuatoriale, unde este constant frig sau cald. Sunt puține tornade în oceanul deschis. Tornadele apar în Europa, Japonia, Australia, SUA, iar în Rusia sunt deosebit de frecvente în regiunea Pământului Negru Central, în regiunile Moscova, Yaroslavl, Nijni Novgorod și Ivanovo.

Tornadele ridică și mută mașini, case, trăsuri și poduri. În Statele Unite se observă tornade deosebit de distructive. În fiecare an, există între 450 și 1500 de tornade, cu un număr mediu de morți de aproximativ 100 de persoane. Tornadele sunt procese atmosferice catastrofale cu acțiune rapidă. Se formează în doar 20-30 de minute, iar durata lor de viață este de 30 de minute. Prin urmare, este aproape imposibil de prezis ora și locul tornadelor.

Alte vortexuri atmosferice distructive, dar de lungă durată, sunt ciclonii. Ele se formează datorită unei diferențe de presiune, care în anumite condiții contribuie la apariția unei mișcări circulare a fluxurilor de aer. Vârtejurile atmosferice își au originea în jurul unor fluxuri ascendente puternice de aer cald umed și se rotesc cu viteză mare în sensul acelor de ceasornic în emisfera sudică și în sens invers acelor de ceasornic în nord. Ciclonii, spre deosebire de tornade, își au originea deasupra oceanelor și își produc efectele distructive asupra continentelor. Principalii factori distructivi sunt vânturile puternice, precipitațiile intense sub formă de ninsoare, ploile, grindina și inundațiile. Vânturile cu viteze de 19 - 30 m/s formează o furtună, 30 - 35 m/s - o furtună și mai mult de 35 m/s - un uragan.

Ciclonii tropicali - uragane și taifunuri - au o lățime medie de câteva sute de kilometri. Viteza vântului din interiorul ciclonului atinge forța uraganului. Ciclonii tropicali durează de la câteva zile la câteva săptămâni, mișcându-se cu viteze de la 50 la 200 km/h. Ciclonii de latitudine medie au un diametru mai mare. Dimensiunile lor transversale variază de la o mie la câteva mii de kilometri, iar viteza vântului este furtunoasă. Ele se deplasează în emisfera nordică dinspre vest și sunt însoțite de căderi de grindină și zăpadă, care sunt de natură catastrofală. În ceea ce privește numărul de victime și daunele cauzate, cicloanele și uraganele și taifunurile asociate sunt cele mai mari fenomene atmosferice naturale după inundații. În zonele dens populate din Asia, numărul morților din cauza uraganelor este de mii. În 1991, în timpul unui uragan din Bangladesh, care a provocat formarea valurilor mării de 6 m înălțime, 125 de mii de oameni au murit. Taifunurile provoacă pagube mari Statelor Unite. În același timp, zeci și sute de oameni mor. În Europa de Vest, uraganele produc mai puține pagube.

Furtunile sunt considerate un fenomen atmosferic catastrofal. Ele apar atunci când aerul cald și umed se ridică foarte repede. La granița zonelor tropicale și subtropicale, furtunile apar 90-100 de zile pe an, în zona temperată 10-30 de zile. În țara noastră, cel mai mare număr de furtuni au loc în Caucazul de Nord.

Furtunile durează de obicei mai puțin de o oră. Deosebit de periculoase sunt ploile intense, grindina, fulgerele, rafale de vânt și curenții verticali de aer. Pericolul de grindină este determinat de mărimea pietrelor de grindină. În Caucazul de Nord, masa grindinei a ajuns cândva la 0,5 kg, iar în India s-au înregistrat grindină cu o greutate de 7 kg. Cele mai urban-periculoase zone din țara noastră sunt situate în Caucazul de Nord. În iulie 1992, grindina a avariat 18 aeronave pe aeroportul Mineralnye Vody.

Fenomenele atmosferice periculoase includ fulgerele. Ei ucid oameni, animale, provoacă incendii și deteriorează rețeaua electrică. Aproximativ 10.000 de oameni mor din cauza furtunilor și a consecințelor acestora în fiecare an în întreaga lume. Mai mult, în unele zone din Africa, Franța și SUA, numărul victimelor fulgerelor este mai mare decât al altor fenomene naturale. Prejudiciul economic anual cauzat de furtunile din Statele Unite este de cel puțin 700 de milioane de dolari.

Secetele sunt tipice pentru regiunile deșertice, de stepă și de silvostepă. Lipsa precipitațiilor provoacă uscarea solului, scăderea nivelului apei subterane și a rezervoarelor până când acestea se usucă complet. Deficiența de umiditate duce la moartea vegetației și a culturilor. Secetele sunt deosebit de severe în Africa, Orientul Apropiat și Mijlociu, Asia Centrală și sudul Americii de Nord.

Secetele modifică condițiile de viață ale oamenilor și au un efect negativ asupra mediului natural prin procese precum salinizarea solului, vânturile uscate, furtunile de praf, eroziunea solului și incendiile forestiere. Incendiile sunt deosebit de severe în timpul secetei în regiunile taiga, pădurile tropicale și subtropicale și savane.

Secetele sunt procese pe termen scurt care durează un sezon. Când secetele durează mai mult de două sezoane, există o amenințare de foamete și mortalitate în masă. De obicei, seceta afectează teritoriul uneia sau mai multor țări. Secete prelungite cu consecințe tragice apar mai ales în regiunea Sahel din Africa.

Fenomenele atmosferice precum ninsorile, ploile abundente de scurtă durată și ploile persistente prelungite provoacă pagube mari. Ninsorile provoacă avalanșe masive în munți, iar topirea rapidă a zăpezii căzute și precipitațiile prelungite duc la inundații. Masa uriașă de apă care cade pe suprafața pământului, în special în zonele fără copaci, provoacă eroziune severă a solului. Există o creștere intensă a sistemelor de ravenă. Inundațiile apar ca urmare a inundațiilor mari în perioadele de precipitații abundente sau ape mari după încălzirea bruscă sau topirea de primăvară a zăpezii și, prin urmare, sunt fenomene atmosferice la origine (sunt discutate în capitolul despre rolul ecologic al hidrosferei).

Modificări atmosferice antropice

În prezent, există multe surse antropogenice diferite care provoacă poluarea aerului și duc la perturbări grave ale echilibrului ecologic. În ceea ce privește scara, două surse au cel mai mare impact asupra atmosferei: transportul și industria. În medie, transporturile reprezintă aproximativ 60% din cantitatea totală de poluare atmosferică, industria - 15, energia termică - 15, tehnologiile de distrugere a deșeurilor menajere și industriale - 10%.

Transportul, în funcție de combustibilul utilizat și de tipurile de oxidanți, emite în atmosferă oxizi de azot, sulf, oxizi și dioxizi de carbon, plumb și compușii săi, funingine, benzopiren (substanță din grupa hidrocarburilor aromatice policiclice, care este un puternic cancerigen care provoacă cancer de piele).

Industria emite în atmosferă dioxid de sulf, oxizi și dioxizi de carbon, hidrocarburi, amoniac, hidrogen sulfurat, acid sulfuric, fenol, clor, fluor și alți compuși chimici. Dar poziția dominantă în rândul emisiilor (până la 85%) este ocupată de praf.

Ca urmare a poluării, transparența atmosferei se modifică, provocând aerosoli, smog și ploi acide.

Aerosolii sunt sisteme dispersate formate din particule solide sau picături lichide suspendate într-un mediu gazos. Dimensiunea particulelor fazei dispersate este de obicei de 10 -3 -10 -7 cm.În funcție de compoziția fazei dispersate, aerosolii sunt împărțiți în două grupe. Unul include aerosoli constând din particule solide dispersate într-un mediu gazos, al doilea include aerosoli care sunt un amestec de faze gazoase și lichide. Primele se numesc fumuri, iar cele din urmă - ceață. În procesul de formare, centrele de condensare joacă un rol important. Ca nuclee de condensare acționează cenușa vulcanică, praful cosmic, produșii de emisii industriale, diverse bacterii etc.. Numărul de surse posibile de nuclee de concentrare este în continuă creștere. Deci, de exemplu, atunci când iarba uscată este distrusă de incendiu pe o suprafață de 4000 m 2, se formează o medie de 11 * 10 22 nuclee de aerosoli.

Aerosolii au început să se formeze din momentul în care planeta noastră a apărut și au influențat condițiile naturale. Cu toate acestea, cantitatea și acțiunile lor, echilibrate cu ciclul general al substanțelor din natură, nu au provocat modificări profunde ale mediului. Factorii antropogeni ai formării lor au deplasat acest echilibru către supraîncărcări semnificative ale biosferei. Această caracteristică a fost deosebit de evidentă de când omenirea a început să folosească aerosoli special creați atât sub formă de substanțe toxice, cât și pentru protecția plantelor.

Cei mai periculoși pentru vegetație sunt aerosolii de dioxid de sulf, fluorură de hidrogen și azot. Când vin în contact cu suprafața umedă a frunzei, formează acizi care au un efect dăunător asupra viețuitoarelor. Ceața acide pătrunde în organele respiratorii ale animalelor și oamenilor împreună cu aerul inhalat și au un efect agresiv asupra membranelor mucoase. Unele dintre ele descompun țesutul viu, iar aerosolii radioactivi provoacă cancer. Dintre izotopii radioactivi, Sg 90 este deosebit de periculos nu numai pentru carcinogenitatea sa, ci și ca analog al calciului, înlocuindu-l în oasele organismelor, provocând descompunerea acestora.

În timpul exploziilor nucleare, în atmosferă se formează nori de aerosoli radioactivi. Particulele mici cu o rază de 1 - 10 microni cad nu numai în straturile superioare ale troposferei, ci și în stratosferă, unde pot rămâne mult timp. Norii de aerosoli se formează și în timpul funcționării reactoarelor din instalațiile industriale care produc combustibil nuclear, precum și ca urmare a accidentelor la centralele nucleare.

Smogul este un amestec de aerosoli cu faze lichide și solide dispersate, care formează o perdea de ceață peste zonele industriale și orașele mari.

Există trei tipuri de smog: înghețat, umed și uscat. Smogul de gheață se numește smog din Alaska. Aceasta este o combinație de poluanți gazoși cu adăugarea de particule de praf și cristale de gheață care apar atunci când picăturile de ceață și abur de la sistemele de încălzire îngheață.

Smogul umed, sau smogul de tip londonez, este uneori numit smog de iarnă. Este un amestec de poluanți gazoși (în principal dioxid de sulf), particule de praf și picături de ceață. Condiția meteorologică pentru apariția smogului de iarnă este vremea fără vânt, în care un strat de aer cald este situat deasupra stratului de aer rece al solului (sub 700 m). În acest caz, nu există doar schimb orizontal, ci și vertical. Poluanții, de obicei dispersați în straturi înalte, se acumulează în acest caz în stratul de suprafață.

Smogul uscat apare în timpul verii și este adesea numit smog de tip Los Angeles. Este un amestec de ozon, monoxid de carbon, oxizi de azot și vapori acizi. Un astfel de smog se formează ca urmare a descompunerii poluanților de către radiația solară, în special partea sa ultravioletă. Condiția meteorologică este inversiunea atmosferică, exprimată prin apariția unui strat de aer rece deasupra aerului cald. De obicei, gazele și particulele solide ridicate de curenții de aer cald sunt apoi dispersate în straturile superioare reci, dar în acest caz se acumulează în stratul de inversare. În procesul de fotoliză, dioxizii de azot formați în timpul arderii combustibilului în motoarele auto se descompun:

NU 2 → NU + O

Apoi are loc sinteza ozonului:

O + O 2 + M → O 3 + M

NU + O → NU 2

Procesele de fotodisociere sunt însoțite de o strălucire galben-verde.

În plus, au loc reacții de tipul: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, adică se formează acid sulfuric puternic.

Odată cu schimbarea condițiilor meteorologice (apariția vântului sau schimbarea umidității), aerul rece se risipește și smogul dispare.

Prezența substanțelor cancerigene în smog duce la probleme de respirație, iritații ale mucoaselor, tulburări circulatorii, sufocare astmatică și adesea moarte. Smogul este deosebit de periculos pentru copiii mici.

Ploaia acidă este precipitații atmosferice acidulate prin emisiile industriale de oxizi de sulf, azot și vapori de acid percloric și clor dizolvați în ei. În procesul de ardere a cărbunelui și gazului, cea mai mare parte a sulfului conținut în acesta, atât sub formă de oxid, cât și în compuși cu fier, în special în pirit, pirotit, calcopirit etc., este transformat în oxid de sulf, care împreună cu dioxid de carbon, este emis în atmosferă. Când azotul atmosferic și emisiile tehnice se combină cu oxigenul, se formează diverși oxizi de azot, iar volumul de oxizi de azot format depinde de temperatura de ardere. Cea mai mare parte a oxizilor de azot apare în timpul funcționării vehiculelor și a locomotivelor diesel, iar o parte mai mică apare în sectorul energetic și întreprinderile industriale. Oxizii de sulf și azot sunt principalii formatori de acizi. La reacția cu oxigenul atmosferic și vaporii de apă conținuti în acesta, se formează acizi sulfuric și azotic.

Se știe că echilibrul alcalino-acid al mediului este determinat de valoarea pH-ului. Un mediu neutru are o valoare a pH-ului de 7, un mediu acid are o valoare a pH-ului de 0, iar un mediu alcalin are o valoare a pH-ului de 14. În epoca modernă, valoarea pH-ului apei de ploaie este de 5,6, deși în trecutul recent este era neutru. O scădere a valorii pH-ului cu unu corespunde unei creșteri de zece ori a acidității și, prin urmare, în prezent, ploaia cu aciditate crescută cade aproape peste tot. Aciditatea maximă a ploii înregistrată în Europa de Vest a fost de 4-3,5 pH. Trebuie luat în considerare faptul că o valoare a pH-ului de 4-4,5 este letală pentru majoritatea peștilor.

Ploaia acidă are un efect agresiv asupra vegetației Pământului, asupra clădirilor industriale și rezidențiale și contribuie la o accelerare semnificativă a intemperiilor rocilor expuse. Aciditatea crescută împiedică autoreglarea neutralizării solurilor în care nutrienții se dizolvă. La rândul său, acest lucru duce la o scădere bruscă a randamentului și determină degradarea acoperirii vegetale. Aciditatea solului favorizează eliberarea solurilor grele legate, care sunt absorbite treptat de plante, provocând leziuni grave ale țesuturilor și pătrunzând în lanțul alimentar uman.

O modificare a potențialului alcalino-acid al apelor mării, în special în apele de mică adâncime, duce la încetarea reproducerii multor nevertebrate, provoacă moartea peștilor și perturbă echilibrul ecologic al oceanelor.

Ca urmare a ploilor acide, pădurile din Europa de Vest, Țările Baltice, Karelia, Urali, Siberia și Canada sunt expuse riscului de distrugere.

Spațiul este plin de energie. Energia umple spațiul în mod neuniform. Există locuri de concentrare și descărcare. În acest fel puteți estima densitatea. Planeta este un sistem ordonat, cu o densitate maximă a materiei în centru și o scădere treptată a concentrației spre periferie. Forțele de interacțiune determină starea materiei, forma în care aceasta există. Fizica descrie starea agregată a substanțelor: solid, lichid, gaz și așa mai departe.

Atmosfera este mediul gazos care înconjoară planeta. Atmosfera Pământului permite mișcarea liberă și permite trecerea luminii, creând spațiu în care viața prosperă.

Suprafața de la suprafața pământului până la o altitudine de aproximativ 16 kilometri (de la ecuator la poli valoarea este mai mică, depinde și de anotimp) se numește troposferă. Troposfera este un strat în care se concentrează aproximativ 80% din tot aerul atmosferic și aproape toți vaporii de apă. Aici au loc procesele care modelează vremea. Presiunea și temperatura scad odată cu altitudinea. Motivul scăderii temperaturii aerului este un proces adiabatic; în timpul expansiunii, gazul se răcește. La limita superioară a troposferei, valorile pot ajunge la -50, -60 de grade Celsius.

Urmează Stratosfera. Se întinde până la 50 de kilometri. În acest strat al atmosferei, temperatura crește odată cu înălțimea, dobândind o valoare în punctul de vârf de aproximativ 0 C. Creșterea temperaturii este cauzată de procesul de absorbție a razelor ultraviolete de către stratul de ozon. Radiația provoacă o reacție chimică. Moleculele de oxigen se descompun în atomi unici, care se pot combina cu molecule normale de oxigen pentru a forma ozon.

Radiația de la soare cu lungimi de undă între 10 și 400 de nanometri este clasificată drept ultravioletă. Cu cât lungimea de undă a radiației UV este mai mică, cu atât pericolul pe care îl reprezintă pentru organismele vii este mai mare. Doar o mică parte din radiație ajunge la suprafața Pământului și partea mai puțin activă a spectrului său. Această caracteristică a naturii permite unei persoane să obțină un bronz sănătos.

Următorul strat al atmosferei se numește Mezosferă. Limite de la aproximativ 50 km până la 85 km. În mezosferă, concentrația de ozon, care ar putea capta energia UV, este scăzută, astfel încât temperatura începe din nou să scadă odată cu înălțimea. În punctul de vârf, temperatura scade la -90 C, unele surse indică o valoare de -130 C. Majoritatea meteoroizilor ard în acest strat al atmosferei.

Stratul atmosferei, care se întinde de la o înălțime de 85 km până la o distanță de 600 km de Pământ, se numește Termosferă. Termosfera este prima care întâlnește radiația solară, inclusiv așa-numita ultravioletă în vid.

Vidul UV este reținut de aer, încălzind astfel acest strat al atmosferei la temperaturi enorme. Cu toate acestea, deoarece presiunea aici este extrem de scăzută, acest gaz aparent fierbinte nu are același efect asupra obiectelor ca în condițiile de pe suprafața pământului. Dimpotrivă, obiectele plasate într-un astfel de mediu se vor răci.

La o altitudine de 100 km trece linia convențională „linia Karman”, care este considerată a fi începutul spațiului.

Aurorele apar în termosferă. În acest strat al atmosferei, vântul solar interacționează cu câmpul magnetic al planetei.

Stratul final al atmosferei este Exosfera, un înveliș exterior care se întinde pe mii de kilometri. Exosfera este practic un loc gol, cu toate acestea, numărul de atomi care rătăcesc aici este cu un ordin de mărime mai mare decât în ​​spațiul interplanetar.

Un bărbat respiră aer. Presiunea normală este de 760 de milimetri de mercur. La o altitudine de 10.000 m presiunea este de aproximativ 200 mm. rt. Artă. La o astfel de înălțime o persoană poate să respire, cel puțin pentru o perioadă scurtă de timp, dar acest lucru necesită pregătire. Statul va fi clar inoperabil.

Compoziția gazelor atmosferice: 78% azot, 21% oxigen, aproximativ un procent de argon; restul este un amestec de gaze reprezentând cea mai mică fracțiune din total.

Planeta albastra...

Acest subiect ar fi trebuit să fie unul dintre primele apărute pe site. La urma urmei, elicopterele sunt aeronave atmosferice. Atmosfera Pământului– habitatul lor, ca să spunem așa:-). A proprietățile fizice ale aerului Tocmai asta determină calitatea acestui habitat :-). Adică acesta este unul dintre elementele de bază. Și ei scriu întotdeauna despre bază mai întâi. Dar mi-am dat seama de asta abia acum. Totuși, după cum știți, este mai bine mai târziu decât niciodată... Să atingem această problemă, fără a intra în buruieni și complicații inutile :-).

Asa de… Atmosfera Pământului. Aceasta este învelișul gazos al planetei noastre albastre. Toată lumea știe acest nume. De ce albastru? Pur și simplu pentru că componenta „albastru” (precum și albastru și violet) a luminii solare (spectrul) este cel mai bine împrăștiată în atmosferă, colorându-l astfel albăstrui-albăstrui, uneori cu o nuanță de violet (într-o zi însorită, desigur :-)) .

Compoziția atmosferei Pământului.

Compoziția atmosferei este destul de largă. Nu voi enumera toate componentele din text, există o ilustrare bună pentru aceasta. Compoziția tuturor acestor gaze este aproape constantă, cu excepția dioxidului de carbon (CO 2 ). În plus, atmosfera conține în mod necesar apă sub formă de vapori, picături în suspensie sau cristale de gheață. Cantitatea de apă nu este constantă și depinde de temperatură și, într-o măsură mai mică, de presiunea aerului. În plus, atmosfera Pământului (în special cea actuală) conține o anumită cantitate de, aș spune, „tot felul de lucruri urâte” :-). Acestea sunt SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, în plus există vapori de mercur Hg. Adevărat, toate acestea sunt acolo în cantități mici, slavă Domnului :-).

Atmosfera Pământului Se obișnuiește să-l împarți în mai multe zone succesive în înălțime deasupra suprafeței.

Prima, cea mai apropiată de pământ, este troposfera. Acesta este cel mai de jos și, ca să spunem așa, stratul principal pentru activitățile de viață de diferite tipuri. Conține 80% din masa întregului aer atmosferic (deși în volum este doar aproximativ 1% din întreaga atmosferă) și aproximativ 90% din toată apa atmosferică. Cea mai mare parte a vântului, norilor, ploii și zăpezii 🙂 provin de acolo. Troposfera se extinde la altitudini de aproximativ 18 km la latitudini tropicale și până la 10 km la latitudini polare. Temperatura aerului din acesta scade odată cu creșterea înălțimii cu aproximativ 0,65 ° C la fiecare 100 m.

Zonele atmosferice.

Zona a doua - stratosferă. Trebuie spus că între troposferă și stratosferă există o altă zonă îngustă - tropopauza. Oprește scăderea temperaturii odată cu înălțimea. Tropopauza are o grosime medie de 1,5-2 km, dar limitele sale sunt neclare, iar troposfera se suprapune adesea cu stratosfera.

Deci stratosfera are o înălțime medie de 12 km până la 50 km. Temperatura din el rămâne neschimbată până la 25 km (aproximativ -57ºС), apoi undeva până la 40 km se ridică la aproximativ 0ºС și apoi rămâne neschimbată până la 50 km. Stratosfera este o parte relativ calmă a atmosferei pământului. Practic nu există condiții meteorologice nefavorabile în el. În stratosferă se află celebrul strat de ozon la altitudini de la 15-20 km până la 55-60 km.

Acesta este urmat de un mic strat limită, stratopauza, în care temperatura rămâne în jurul valorii de 0ºC, iar apoi zona următoare este mezosfera. Se extinde la altitudini de 80-90 km, iar în el temperatura scade la aproximativ 80ºC. În mezosferă, de obicei devin vizibili meteoriți mici, care încep să strălucească în ea și să ard acolo sus.

Următorul interval îngust este mezopauza și dincolo de ea zona termosferei. Înălțimea sa este de până la 700-800 km. Aici temperatura începe să crească din nou și la altitudini de aproximativ 300 km pot atinge valori de ordinul a 1200ºС. Apoi rămâne constantă. În interiorul termosferei, până la o altitudine de aproximativ 400 km, se află ionosfera. Aici aerul este puternic ionizat din cauza expunerii la radiația solară și are o conductivitate electrică ridicată.

Următoarea și, în general, ultima zonă este exosfera. Aceasta este așa-numita zonă de împrăștiere. Aici, există în principal hidrogen și heliu foarte rarefiat (cu o predominanță a hidrogenului). La altitudini de aproximativ 3000 km, exosfera trece în vidul spațial apropiat.

Ceva de genul. De ce aproximativ? Pentru că aceste straturi sunt destul de convenționale. Sunt posibile diferite modificări ale altitudinii, compoziției gazelor, apei, temperaturii, ionizării și așa mai departe. În plus, există mult mai mulți termeni care definesc structura și starea atmosferei pământului.

De exemplu, homosferă și heterosferă. În primul, gazele atmosferice sunt bine amestecate și compoziția lor este destul de omogenă. Al doilea este situat deasupra primului și practic nu există o astfel de amestecare acolo. Gazele din el sunt separate prin gravitație. Limita dintre aceste straturi este situată la o altitudine de 120 km și se numește turbopauză.

Să terminăm cu termenii, dar cu siguranță voi adăuga că este convențional acceptat că limita atmosferei este situată la o altitudine de 100 km deasupra nivelului mării. Această graniță se numește Linia Karman.

Voi adăuga încă două imagini pentru a ilustra structura atmosferei. Prima, insa, este in germana, dar este completa si destul de usor de inteles :-). Poate fi mărită și văzută clar. Al doilea arată schimbarea temperaturii atmosferice cu altitudinea.

Structura atmosferei Pământului.

Temperatura aerului se modifică odată cu altitudinea.

Navele spațiale orbitale moderne cu echipaj zboară la altitudini de aproximativ 300-400 km. Totuși, aceasta nu mai este aviație, deși zona, desigur, este strâns legată într-un anume sens și despre asta cu siguranță vom vorbi mai târziu :-).

Zona de aviație este troposfera. Avioanele moderne atmosferice pot zbura și în straturile inferioare ale stratosferei. De exemplu, plafonul practic al MIG-25RB este de 23.000 m.

Zbor în stratosferă.

Și exact proprietățile fizice ale aerului Troposfera determină cum va fi zborul, cât de eficient va fi sistemul de control al aeronavei, cum îl vor afecta turbulențele din atmosferă și cum vor funcționa motoarele.

Prima proprietate principală este temperatura aerului. În dinamica gazelor, acesta poate fi determinat pe scara Celsius sau pe scara Kelvin.

Temperatura t 1 la o înălțime dată N pe scara Celsius este determinată de:

t1 = t - 6,5N, Unde t– temperatura aerului în apropierea solului.

Temperatura pe scara Kelvin se numește temperatura absolută, zero pe această scară este zero absolut. La zero absolut, mișcarea termică a moleculelor se oprește. Zero absolut pe scara Kelvin corespunde cu -273º pe scara Celsius.

În consecință, temperatura T la inaltime N pe scara Kelvin este determinată de:

T = 273K + t-6,5H

Presiunea aerului. Presiunea atmosferică se măsoară în pascali (N/m2), în vechiul sistem de măsurare în atmosfere (atm.). Există, de asemenea, presiunea barometrică. Aceasta este presiunea măsurată în milimetri de mercur folosind un barometru cu mercur. Presiunea barometrică (presiune la nivelul mării) egală cu 760 mmHg. Artă. numit standard. La fizica 1 atm. exact egal cu 760 mm Hg.

Densitatea aerului. În aerodinamică, conceptul cel mai des folosit este densitatea masei aerului. Aceasta este masa de aer în 1 m3 de volum. Densitatea aerului se modifică odată cu altitudinea, aerul devine mai rarefiat.

Umiditatea aerului. Afișează cantitatea de apă din aer. Există un concept" umiditate relativă" Acesta este raportul dintre masa vaporilor de apă și maximul posibil la o anumită temperatură. Conceptul de 0%, adică atunci când aerul este complet uscat, poate exista doar în laborator. Pe de altă parte, 100% umiditate este destul de posibilă. Aceasta înseamnă că aerul a absorbit toată apa pe care ar putea-o absorbi. Ceva de genul unui „burete complet”. Umiditatea relativă ridicată reduce densitatea aerului, în timp ce umiditatea relativă scăzută o crește.

Datorită faptului că zborurile cu aeronave au loc în condiții atmosferice diferite, parametrii lor de zbor și aerodinamici în același mod de zbor pot fi diferiți. Prin urmare, pentru a estima corect acești parametri, am introdus Atmosferă standard internațională (ISA). Arată schimbarea stării aerului odată cu creșterea altitudinii.

Parametrii de bază ai condiției aerului la umiditate zero sunt luați după cum urmează:

presiunea P = 760 mm Hg. Artă. (101,3 kPa);

temperatura t = +15°C (288 K);

densitatea masei ρ = ​​1,225 kg/m 3 ;

Pentru ISA se acceptă (cum s-a menționat mai sus :-)) că temperatura scade în troposferă cu 0,65º pentru fiecare 100 de metri de altitudine.

Atmosferă standard (de exemplu până la 10.000 m).

Tabelele MSA sunt folosite pentru calibrarea instrumentelor, precum și pentru calcule de navigație și inginerie.

Proprietățile fizice ale aerului include, de asemenea, concepte precum inerția, vâscozitatea și compresibilitatea.

Inerția este o proprietate a aerului care îi caracterizează capacitatea de a rezista modificărilor stării sale de repaus sau mișcării liniare uniforme. . O măsură a inerției este densitatea masei aerului. Cu cât este mai mare, cu atât este mai mare forța de inerție și rezistență a mediului atunci când aeronava se deplasează în el.

Viscozitate Determină rezistența la frecarea aerului atunci când aeronava este în mișcare.

Compresibilitatea determină modificarea densității aerului cu modificările presiunii. La viteze mici ale aeronavei (până la 450 km/h), nu există nicio modificare a presiunii atunci când fluxul de aer curge în jurul acesteia, dar la viteze mari începe să apară efectul de compresibilitate. Influența sa este vizibilă mai ales la viteze supersonice. Aceasta este o zonă separată de aerodinamică și un subiect pentru un articol separat :-).

Ei bine, asta pare a fi tot deocamdata... E timpul sa terminam aceasta enumerare usor plictisitoare, care insa nu poate fi evitata :-). Atmosfera Pământului, parametrii săi, proprietățile fizice ale aerului sunt la fel de importanți pentru aeronavă ca și parametrii dispozitivului în sine și nu pot fi ignorați.

Pa, până la următoarele întâlniri și subiecte mai interesante :) ...

P.S. Pentru desert, vă sugerez să vizionați un videoclip filmat din cabina unui geamăn MIG-25PU în timpul zborului său în stratosferă. Se pare ca a fost filmat de un turist care are bani pentru astfel de zboruri :-). În mare parte, totul a fost filmat prin parbriz. Atentie la culoarea cerului...