Išvada atmosferos masės tema. Atmosfera: jos sluoksniai

Skyriuje klausimu Žemės atmosferos svoris?? pateikė autorius Grigalius geriausias atsakymas yra Galilėjus įrodė oro svorį. Kiek sveria visa atmosfera? Paskalio skaičiavimais, tai tiek pat, kiek svertų 10 km skersmens varinis rutulys – 5 kvadrilijonus tonų!
Visa atmosfera sveria nuo 5,15 x 10 iki 15 galios tonų. nuoroda
Žinodami atmosferos slėgį, galite apskaičiuoti bendrą atmosferos masę. Vidutinis atmosferos slėgis jūros lygyje prilygsta 760 mm aukščio gyvsidabrio stulpelio svoriui. Iš 11 dalies matyti, kad 760 mm aukščio gyvsidabrio stulpelio masė virš vieno kvadratinio centimetro žemės paviršiaus yra 1033,2 g; toks pat bus šio gyvsidabrio stulpelio svoris gramais. Akivaizdu, kad toks pat bus ir vidutinis atmosferos stulpelio svoris virš vieno kvadratinio centimetro paviršiaus jūros lygyje. Žinodami žemės paviršiaus plotą ir žemynų aukštį virš jūros lygio, galime apskaičiuoti bendrą visos atmosferos svorį. Nepaisydami gravitacijos pokyčių aukščio, galime laikyti, kad šis svoris yra lygus atmosferos masei.
Bendra atmosferos masė yra šiek tiek daugiau nei 5 10–21 gramas arba 5 10–15 tonų. Tai yra maždaug milijoną kartų mažiau nei pačios Žemės masė. Tuo pačiu metu pusė visos atmosferos masės yra apatiniame 5 km aukštyje, trys ketvirtadaliai - 10 km, o 95% - apatiniame 20 km aukštyje.
Žemės atmosfera yra dujų mišinys. Azotas 78,08%, anglies dioksidas 0,03%, argonas 0,9325%, deguonis 20,95%, neonas 0,0018%, helis 0,0005%, vandenilis 0,00005%, kriptonas 0,000108%, ksenonas 0,000008%, ksenonas0,0,0,0,0,0,0 ozonas 0000006 %
Šaltinis:

Atsakyti nuo liesas[guru]
ŽEMĖS ATMOSFERA (iš graikų kalbos atmos – garas ir sfera), oro aplinka aplink Žemę, besisukanti kartu su ja; svoris apytiksl. 5,15·1015 t Jo sudėtis Žemės paviršiuje: 78,1% azoto, 21% deguonies, 0,9% argono, nedidelėmis procento dalimis anglies dioksidas, vandenilis, helis, neonas ir kitos dujos. Apatiniame 20 km yra vandens garų (prie žemės paviršiaus - nuo 3% tropikuose iki 2·10-5% Antarktidoje), kurių kiekis greitai mažėja didėjant aukščiui.

Atsakyti nuo Europos[guru]
Žinodami atmosferos slėgį, nustatome, kad jis yra beveik lygiai dešimt tonų kiekvienam kvadratiniam metrui žemės paviršiaus.
taigi dešimt tonų vienam kvadratiniam metrui, padauginta iš 511 milijonų kvadratinių kilometrų = 5111859325225255.3092562483408718 tonų.
Galiu pridėti štai ką:
Manoma, kad Žemei lygiaverčio atmosferos sluoksnio storis yra apie aštuonis kilometrus
(lygiavertis atmosferos sluoksnis yra įsivaizduojama vertė – planetos atmosferos storis, jei jos atmosferos slėgis iš viršaus į apačią būtų 760 mm Hg)
Veneroje šis sluoksnis yra maždaug 800 km; mėnulis turi gal nuo pusantro iki dviejų centimetrų.

Tikriausiai tie, kurie svajoja apie kosmosą, tikriausiai susimąstė, kodėl atmosfera yra tik Veneroje ir Žemėje ir niekur kitur (į palydovą kol kas neatsižvelgiame)? Ir kaip tai padaryti ten. Kur yra priežastis, kodėl be skafandro neįmanoma giliai kvėpuoti nei Marse, nei Mėnulyje?

Norėdami tai suprasti, turėsime ištirti antrojo kosminio greičio sąvoką, taip pat ištirti ryšį tarp molekulinės masės ir greičio.

Žemės orą daugiausia sudaro šie elementai: deguonis (O) ir azotas (N).

Antruoju pabėgimo greičiu kūnas, kurio dydis / masė yra nereikšminga, palyginti su planeta, visam laikui išskris į tarpplanetinę erdvę.

Dabar, žinant labiausiai tikėtiną azoto molekulės greitį ir antrąjį pabėgimo greitį, nesunku nustatyti sąlygas, kuriomis dujų molekulė išliks orbitoje aplink planetą.

Sąlyga turi būti įvykdyta

arba jei planetos spindulys išreiškiamas kilometrais tada

Azotas virsta skysta būsena apie -200 laipsnių Celsijaus arba Kelvinais T=73 laipsniai.

Taigi, čia pakeitę jau žinomas reikšmes, gauname, kad dujinės būsenos azotas gali būti planetos paviršiuje tuo atveju, kai

Žemėje šis santykis yra 62435>21681 – tai reiškia, kad azotas šalia Žemės gali būti sulaikytas ne tik esant 73 laipsnių Kelvino temperatūrai, bet ir esant ne aukštesnei kaip 210 laipsnių Kelvino temperatūrai (tai yra apie 400 laipsnių Celsijaus). . Jei dujų temperatūra aukštesnė, tai molekulių greitis bus didesnis nei antrasis pabėgimo greitis ir jos pradės skristi į tarpplanetinę erdvę ir Žemė pradės prarasti atmosferą.

O kaip kitos planetos ir azotas?

Duomenis paimsime iš suvestinės lentelės Pagrindinės Saulės sistemos planetų charakteristikos

Venerai (spindulys = 6052, laisvojo kritimo pagreitis = 8,6) 52047>21681. Azotą gali sulaikyti planeta.

Marsui (spindulys = 3398, laisvojo kritimo pagreitis = 3,72) 12641<21681. Азот negaliu kurią laikytų planeta.

Kadangi Veneroje yra azoto, kurio molekulinė masė yra 14 g/mol, tai tuo labiau planetoje bus ir didesnės masės dujų (tai reiškia, pavyzdžiui, deguonį, taip pat metaną, anglies dioksidą ir kitus darinius.

Na, sakysite, o kaip su sunkiausiomis dujomis – radonu? Ten molekulinė masė yra 226 g/mol!

Radono dujų konstanta yra 36.8

Marsas gali išlaikyti radoną su savo mase, jei dujų temperatūra neviršija 343 Kelvino laipsnių. Todėl taip, Marsas sulaiko ir galbūt pritraukia prie savęs radono molekules, bet tai nepadės mums organizuoti gyvybės planetoje.

Straipsnio pradžioje kalbėjome apie palydovą, turintį atmosferą. Tai natūralus Saturno palydovas - Titanas. Pastebėtina, kad jo spindulys yra 2575 km, o gravitacijos pagreitis yra 1,352.

Tai reiškia, kad pagal aukščiau pateiktas taisykles palydovas neturėtų turėti atmosferos, bet turi.

Taigi, ar mūsų skaičiavimai klaidingi? Nemanau, kitaip tektų peržiūrėti daugelį pagrindinių formulių.

Priežastis greičiausiai ta, kad palydovas yra arti savo „motinos“ Saturno, o išvestinė vidutinio molekulių greičio ir antrojo kosminio greičio atitiktis tokiam „kaimynui“ nėra tokia vienareikšmiška.

Arba kaip trečias variantas, kad atmosfera „ištekėja“ į kosmosą ant palydovo, bet kas sukuria tokį dujų kiekį, vis dar neįmanoma išsiaiškinti.

Liko nepasakytų dalykų... taigi

Ką turėtume daryti Marse, kad ten būtų atmosfera?

Deguonies generavimas galingomis stotimis, kaip buvo mokslinės fantastikos filme, kuriame vaidina Schwarzeneggeris, neveiks... atmosfera ilgainiui išgaruos.

Tas pats nelaimingas variantas būtų, jei ką nors susprogdintumėte planetoje, pavyzdžiui, termobranduolinius užtaisus, kaip kai kas siūlo.

Kad azotas liktų Marse, turime beveik du kartus padidinti arba planetos spindulį, arba jos gravitacijos pagreitį.

Neįmanoma padidinti spindulio, bet kaip dėl pagreitėjimo?

Atmosfera yra tai, kas leidžia gyvybei Žemėje. Gauname pačią pirmąją informaciją ir faktus apie atmosferą pradinėje mokykloje. Vidurinėje mokykloje su šia sąvoka geriau susipažįstame per geografijos pamokas.

Žemės atmosferos samprata

Atmosferą turi ne tik Žemė, bet ir kiti dangaus kūnai. Taip vadinamas dujinis apvalkalas, supantis planetas. Šio dujų sluoksnio sudėtis įvairiose planetose labai skiriasi. Pažvelkime į pagrindinę informaciją ir faktus apie kitaip vadinamą orą.

Svarbiausias jo komponentas yra deguonis. Kai kurie žmonės klaidingai mano, kad žemės atmosferą sudaro tik deguonis, tačiau iš tikrųjų oras yra dujų mišinys. Jame yra 78% azoto ir 21% deguonies. Likusį procentą sudaro ozonas, argonas, anglies dioksidas ir vandens garai. Nors šių dujų procentas nedidelis, jos atlieka svarbią funkciją – sugeria nemažą saulės spinduliuotės energijos dalį, taip neleisdamos, kad šviesulys visos gyvybės mūsų planetoje paverstų pelenais. Atmosferos savybės keičiasi priklausomai nuo aukščio. Pavyzdžiui, 65 km aukštyje azoto yra 86%, o deguonies - 19%.

Žemės atmosferos sudėtis

• Anglies dioksidas būtinas augalų mitybai. Jis atsiranda atmosferoje dėl gyvų organizmų kvėpavimo, skilimo ir degimo proceso. Jei jo nėra atmosferoje, bet kokie augalai taptų neįmanomi.
• Deguonis- gyvybiškai svarbus atmosferos komponentas žmonėms. Jo buvimas yra visų gyvų organizmų egzistavimo sąlyga. Jis sudaro apie 20% viso atmosferos dujų tūrio.
• Ozonas yra natūralus saulės ultravioletinės spinduliuotės sugėriklis, kuris neigiamai veikia gyvus organizmus. Didžioji jo dalis sudaro atskirą atmosferos sluoksnį – ozono ekraną. Pastaruoju metu žmogaus veikla priveda prie to, kad ji pamažu ima griūti, tačiau kadangi ji turi didelę reikšmę, aktyviai dirbama ją išsaugoti ir atkurti.
• vandens garai nustato oro drėgmę. Jo kiekis gali skirtis priklausomai nuo įvairių veiksnių: oro temperatūros, teritorinės padėties, sezono. Žemoje temperatūroje vandens garų ore labai mažai, gal mažiau nei vienas procentas, o aukštoje temperatūroje jų kiekis siekia 4%.
• Be visų aukščiau išvardytų dalykų, žemės atmosferos sudėtis visada apima tam tikrą procentą kietos ir skystos priemaišos. Tai suodžiai, pelenai, jūros druska, dulkės, vandens lašai, mikroorganizmai. Jie gali patekti į orą tiek natūraliai, tiek antropogeniškai.

Atmosferos sluoksniai

Oro temperatūra, tankis ir kokybės sudėtis skirtinguose aukščiuose nėra vienodi. Dėl to įprasta atskirti skirtingus atmosferos sluoksnius. Kiekvienas iš jų turi savo ypatybes. Sužinokime, kokie atmosferos sluoksniai yra išskiriami:

• Troposfera – šis atmosferos sluoksnis yra arčiausiai Žemės paviršiaus. Jo aukštis yra 8-10 km virš ašigalių ir 16-18 km tropikuose. Čia yra 90% visų atmosferoje esančių vandens garų, todėl vyksta aktyvus debesų susidarymas. Taip pat šiame sluoksnyje stebimi tokie procesai kaip oro (vėjo) judėjimas, turbulencija ir konvekcija. Temperatūra svyruoja nuo +45 laipsnių vidurdienį šiltuoju metų laiku tropikuose iki -65 laipsnių ašigalyje.
• Stratosfera yra antras labiausiai nutolęs atmosferos sluoksnis. Įsikūręs nuo 11 iki 50 km aukštyje. Apatiniame stratosferos sluoksnyje temperatūra yra apie -55, tolstant nuo Žemės, ji pakyla iki +1˚С. Ši sritis vadinama inversija ir yra stratosferos bei mezosferos riba.
• Mezosfera yra 50–90 km aukštyje. Jo apatinėje riboje temperatūra yra apie 0, viršutinėje siekia -80...-90 ˚С. Į Žemės atmosferą patekę meteoritai mezosferoje visiškai sudega, todėl čia atsiranda oro švytėjimas.
• Termosfera yra maždaug 700 km storio. Šiame atmosferos sluoksnyje pasirodo šiaurės pašvaistė. Jie atsiranda dėl kosminės spinduliuotės ir spinduliuotės, sklindančios iš Saulės, įtakos.
• Egzosfera yra oro sklaidos zona. Čia dujų koncentracija nedidelė ir jos palaipsniui išeina į tarpplanetinę erdvę.

Riba tarp žemės atmosferos ir kosmoso laikoma 100 km. Ši linija vadinama Karmano linija.

Atmosferos slėgis

Klausydami orų prognozių dažnai girdime barometrinio slėgio rodmenis. Bet ką reiškia atmosferos slėgis ir kaip jis gali mus paveikti?

Išsiaiškinome, kad orą sudaro dujos ir priemaišos. Kiekvienas iš šių komponentų turi savo svorį, o tai reiškia, kad atmosfera nėra nesvari, kaip buvo tikima iki XVII a. Atmosferos slėgis – tai jėga, kuria visi atmosferos sluoksniai spaudžia Žemės paviršių ir visus objektus.

Mokslininkai atliko sudėtingus skaičiavimus ir įrodė, kad atmosfera spaudžia 10 333 kg jėga vienam ploto kvadratiniam metrui. Tai reiškia, kad žmogaus organizmą veikia oro slėgis, kurio svoris siekia 12-15 tonų. Kodėl mes to nejaučiame? Mus gelbsti vidinis spaudimas, kuris subalansuoja išorinį. Atmosferos slėgį galite pajusti būdami lėktuve ar aukštai kalnuose, nes atmosferos slėgis aukštyje yra daug mažesnis. Tokiu atveju galimas fizinis diskomfortas, užgultos ausys, galvos svaigimas.

Apie aplinkinę atmosferą galima pasakyti daug. Žinome apie ją daug įdomių faktų, o kai kurie iš jų gali pasirodyti stebinantys:

• Žemės atmosferos svoris yra 5 300 000 000 000 000 tonų.
• Tai skatina garso perdavimą. Daugiau nei 100 km aukštyje ši savybė išnyksta pasikeitus atmosferos sudėčiai.
• Atmosferos judėjimą provokuoja netolygus Žemės paviršiaus įkaitimas.
• Oro temperatūrai nustatyti naudojamas termometras, atmosferos slėgiui – barometras.
• Atmosferos buvimas išsaugo mūsų planetą nuo 100 tonų meteoritų kasdien.
• Oro sudėtis buvo fiksuota kelis šimtus milijonų metų, bet pradėjo keistis prasidėjus sparčiai pramoninei veiklai.
• Manoma, kad atmosfera tęsiasi iki 3000 km aukščio.

Atmosferos svarba žmogui

Atmosferos fiziologinė zona yra 5 km. 5000 m aukštyje virš jūros lygio žmogus pradeda jausti deguonies badą, kuris išreiškiamas sumažėjusiu darbingumu ir pablogėjusia savijauta. Tai rodo, kad žmogus negali išgyventi erdvėje, kurioje nėra šio nuostabaus dujų mišinio.

Visa informacija ir faktai apie atmosferą tik patvirtina jos svarbą žmonėms. Dėl jo buvimo tapo įmanoma sukurti gyvybę Žemėje. Jau šiandien, įvertinus žalos, kurią žmonija savo veiksmais gali padaryti gyvybę teikiančiam orui, mastą, turėtume pagalvoti apie tolimesnes atmosferos išsaugojimo ir atkūrimo priemones.

Atmosferos storis yra maždaug 120 km nuo Žemės paviršiaus. Bendra oro masė atmosferoje yra (5,1-5,3) 10 18 kg. Iš jų sauso oro masė 5,1352 ±0,0003 10 18 kg, bendra vandens garų masė vidutiniškai 1,27 10 16 kg.

Tropopauzė

Pereinamasis sluoksnis iš troposferos į stratosferą, atmosferos sluoksnis, kuriame sustoja temperatūros mažėjimas didėjant aukščiui.

Stratosfera

Atmosferos sluoksnis, esantis 11–50 km aukštyje. Būdingas nedidelis temperatūros pokytis 11–25 km sluoksnyje (apatiniame stratosferos sluoksnyje) ir temperatūros padidėjimas 25–40 km sluoksnyje nuo –56,5 iki 0,8 ° (viršutinis stratosferos sluoksnis 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. Vertikalus temperatūros pasiskirstymas yra maksimumas (apie 0 °C).

Mezosfera

Žemės atmosfera

Žemės atmosferos riba

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. Veikiant ultravioletinei ir rentgeno saulės spinduliuotei bei kosminei spinduliuotei, vyksta oro jonizacija („auroros“) – pagrindinės jonosferos sritys yra termosferos viduje. Virš 300 km aukštyje vyrauja atominis deguonis. Viršutinę termosferos ribą daugiausia lemia dabartinis Saulės aktyvumas. Mažo aktyvumo laikotarpiais – pavyzdžiui, 2008–2009 m. – pastebimas šio sluoksnio dydžio mažėjimas.

Termopauzė

Atmosferos sritis, esanti greta termosferos. Šiame regione saulės spinduliuotės sugertis yra nereikšminga, o temperatūra iš tikrųjų nesikeičia priklausomai nuo aukščio.

Egzosfera (sklaidanti sfera)

Iki 100 km aukščio atmosfera yra vienalytis, gerai susimaišęs dujų mišinys. Aukštesniuose sluoksniuose dujų pasiskirstymas pagal aukštį priklauso nuo jų molekulinių masių, tolstant nuo Žemės paviršiaus, sunkesnių dujų koncentracija mažėja. Sumažėjus dujų tankiui temperatūra nukrenta nuo 0 °C stratosferoje iki –110 °C mezosferoje. Tačiau atskirų dalelių kinetinė energija 200-250 km aukštyje atitinka ~150 °C temperatūrą. Virš 200 km stebimi dideli temperatūros ir dujų tankio svyravimai laike ir erdvėje.

Maždaug 2000-3500 km aukštyje egzosfera pamažu virsta vadinamąja. šalia kosminio vakuumo, kuris užpildytas labai retomis tarpplanetinių dujų dalelėmis, daugiausia vandenilio atomais. Tačiau šios dujos sudaro tik dalį tarpplanetinės materijos. Kitą dalį sudaro kometinės ir meteorinės kilmės dulkių dalelės. Be itin retų dulkių dalelių, į šią erdvę prasiskverbia saulės ir galaktikos kilmės elektromagnetinė ir korpuskulinė spinduliuotė.

Troposfera sudaro apie 80% atmosferos masės, stratosfera - apie 20%; mezosferos masė yra ne didesnė kaip 0,3%, termosfera yra mažesnė nei 0,05% visos atmosferos masės. Pagal elektrines savybes atmosferoje išskiriama neutronosfera ir jonosfera. Šiuo metu manoma, kad atmosfera tęsiasi iki 2000-3000 km aukščio.

Priklausomai nuo dujų sudėties atmosferoje, jie išskiria homosfera Ir heterosfera. Heterosfera- Tai sritis, kurioje gravitacija veikia dujų atsiskyrimą, nes jų maišymas tokiame aukštyje yra nereikšmingas. Tai reiškia kintamą heterosferos sudėtį. Po juo slypi gerai sumaišyta, vienalytė atmosferos dalis, vadinama homosfera. Riba tarp šių sluoksnių vadinama turbopauze, ji yra apie 120 km aukštyje.

Fiziologinės ir kitos atmosferos savybės

Jau 5 km aukštyje virš jūros lygio netreniruotas žmogus pradeda jausti deguonies badą, o be prisitaikymo žymiai sumažėja žmogaus darbingumas. Čia baigiasi fiziologinė atmosferos zona. Žmogaus kvėpavimas tampa neįmanomas 9 km aukštyje, nors maždaug iki 115 km atmosferoje yra deguonies.

Atmosfera aprūpina mus deguonimi, reikalingu kvėpuoti. Tačiau dėl bendro atmosferos slėgio kritimo kylant į aukštį, dalinis deguonies slėgis atitinkamai mažėja.

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

Virš 100 km aukštyje atmosfera netenka kitos nepaprastos savybės – gebėjimo sugerti, pravesti ir perduoti šiluminę energiją konvekcijos būdu (t.y. maišant orą). Tai reiškia, kad įvairūs orbitinės kosminės stoties įrangos elementai negalės būti vėsinami iš išorės taip, kaip tai įprastai daroma lėktuve – oro čiurkšlių ir oro radiatorių pagalba. Tokiame aukštyje, kaip ir apskritai erdvėje, vienintelis šilumos perdavimo būdas yra šiluminė spinduliuotė.

Atmosferos susidarymo istorija

Remiantis labiausiai paplitusia teorija, laikui bėgant Žemės atmosfera buvo trijų skirtingų kompozicijų. Iš pradžių jį sudarė lengvosios dujos (vandenilis ir helis), paimtos iš tarpplanetinės erdvės. Tai yra 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). Taip jis susiformavo antrinė atmosfera(maždaug prieš tris milijardus metų iki šių dienų). 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 azoto N2 kiekis susidaro dėl amoniako-vandenilio atmosferos oksidacijos molekuliniu deguonimi O2, kuris pradėjo kilti iš planetos paviršiaus fotosintezės metu, prasidėjus prieš 3 milijardus metų. Azotas N2 taip pat patenka į atmosferą dėl nitratų ir kitų azoto turinčių junginių denitrifikacijos. Viršutiniuose atmosferos sluoksniuose azotą ozonas oksiduoja į NO.

Azotas N 2 reaguoja tik tam tikromis sąlygomis (pavyzdžiui, žaibo išlydžio metu). Molekulinio azoto oksidacija ozonu elektros iškrovų metu yra naudojama mažais kiekiais pramoninėje azoto trąšų gamyboje. Melsvadumbliai (melsvadumbliai) ir mazginės bakterijos, sudarančios rizobinę simbiozę su ankštiniais augalais, vadinamosios, sunaudodamos mažai energijos gali ją oksiduoti ir paversti biologiškai aktyvia forma. žalioji trąša.

Deguonis

Atmosferos sudėtis pradėjo radikaliai keistis, kai Žemėje atsirado gyvų organizmų, 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 didėti. 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.

Inercinės dujos

Oro tarša

Neseniai žmonės pradėjo daryti įtaką atmosferos evoliucijai. Jo veiklos rezultatas buvo nuolatinis reikšmingas anglies dioksido kiekio atmosferoje padidėjimas dėl ankstesnėse geologinėse erose sukaupto angliavandenilių kuro deginimo. Fotosintezės metu sunaudojamas didžiulis CO 2 kiekis, kurį sugeria pasaulio vandenynai. Šios dujos į atmosferą patenka irstant karbonatinėms uolienoms bei augalinės ir gyvūninės kilmės organinėms medžiagoms, taip pat dėl ​​vulkanizmo ir žmogaus pramoninės veiklos. Per pastaruosius 100 metų CO 2 kiekis atmosferoje padidėjo 10 %, o didžioji dalis (360 milijardų tonų) susidaro deginant kurą. Jei kuro degimo tempas ir toliau augs, per ateinančius 200–300 metų CO 2 kiekis atmosferoje padvigubės ir gali sukelti pasaulinę klimato kaitą.

Kuro deginimas yra pagrindinis teršiančių dujų (CO, SO2) šaltinis. Sieros dioksidą atmosferos deguonis oksiduoja iki SO 3 viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, kurie savo ruožtu sąveikauja su vandens ir amoniako garais, o susidariusia sieros rūgštimi (H 2 SO 4) ir amonio sulfatu ((NH 4) 2 SO 4 ) grąžinami į Žemės paviršių vadinamųjų pavidalu. rūgštus lietus. Vidaus degimo variklių naudojimas sukelia didelę atmosferos taršą azoto oksidais, angliavandeniliais ir švino junginiais (tetraetilšvinu Pb(CH 3 CH 2) 4)).

Atmosferos taršą aerozoliu sukelia tiek gamtinės priežastys (ugnikalnių išsiveržimai, dulkių audros, jūros vandens lašų ir augalų žiedadulkių patekimas ir kt.), tiek žmogaus ūkinė veikla (rūdos ir statybinių medžiagų kasyba, kuro deginimas, cemento gamyba ir kt.). ). Intensyvus didelio masto kietųjų dalelių išmetimas į atmosferą yra viena iš galimų klimato kaitos priežasčių planetoje.

Taip pat žr

• Jacchia (atmosferos modelis)

Pastabos

Nuorodos

Literatūra

1. V. V. Parinas, F. P. Kosmolinskis, B. A. Duškovas„Kosmoso biologija ir medicina“ (2-asis leidimas, pataisytas ir išplėstas), M.: „Prosveshcheniye“, 1975, 223 p.
2. N. V. Gusakova„Aplinkos chemija“, Rostovas prie Dono: Phoenix, 2004, 192 su 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.

Žemė
Žemės istorija	Žemės amžius Geologinė Žemės istorija Geochronologinė skalė Gyvybės Žemėje istorija Žemės apledėjimas Silpnos jaunos Saulės Milžino smūgio teorija Paradoksas Evoliucijos chronologija
Geografija ir geologija	Australija Azija Antarktida Afrika Europa Šiaurės Amerika Pietų Amerika Atlanto vandenynas Indijos vandenynas Arkties vandenynas

Atmosfera(iš graikų kalbos atmos – garai ir sfarija – rutulys) – Žemės oro apvalkalas, besisukantis kartu su juo. Atmosferos raida buvo glaudžiai susijusi su mūsų planetoje vykstančiais geologiniais ir geocheminiais procesais, taip pat su gyvų organizmų veikla.

Apatinė atmosferos riba sutampa su Žemės paviršiumi, nes oras prasiskverbia į smulkiausias dirvožemio poras ir ištirpsta net vandenyje.

Viršutinė riba 2000–3000 km aukštyje palaipsniui pereina į kosmosą.

Dėl atmosferos, kurioje yra deguonies, gyvybė Žemėje yra įmanoma. Atmosferos deguonis naudojamas žmonių, gyvūnų ir augalų kvėpavimo procese.

Jei nebūtų atmosferos, Žemė būtų tyli kaip Mėnulis. Juk garsas yra oro dalelių vibracija. Mėlyna dangaus spalva paaiškinama tuo, kad saulės spinduliai, praeinantys per atmosferą, tarsi per objektyvą, suskaidomi į savo sudedamąsias spalvas. Šiuo atveju labiausiai išsibarsto mėlynos ir mėlynos spalvos spinduliai.

Atmosfera sulaiko didžiąją dalį saulės ultravioletinės spinduliuotės, kuri daro žalingą poveikį gyviems organizmams. Jis taip pat sulaiko šilumą šalia Žemės paviršiaus, neleidžiant mūsų planetai atvėsti.

Atmosferos struktūra

Atmosferoje galima išskirti kelis sluoksnius, kurių tankis skiriasi (1 pav.).

Troposfera

Troposfera- žemiausias atmosferos sluoksnis, kurio storis virš ašigalių yra 8-10 km, vidutinio klimato platumose - 10-12 km, o virš pusiaujo - 16-18 km.

Ryžiai. 1. Žemės atmosferos sandara

Orą troposferoje šildo žemės paviršius, tai yra žemė ir vanduo. Todėl oro temperatūra šiame sluoksnyje mažėja vidutiniškai 0,6 °C kas 100 m. Viršutinėje troposferos riboje ji pasiekia -55 °C. Tuo pačiu metu pusiaujo srityje prie viršutinės troposferos ribos oro temperatūra yra -70 °C, o Šiaurės ašigalio srityje -65 °C.

Apie 80% atmosferos masės sutelkta troposferoje, išsidėsto beveik visi vandens garai, perkūnija, audros, debesys ir krituliai, vyksta vertikalus (konvekcinis) ir horizontalus (vėjas) oro judėjimas.

Galima sakyti, kad oras daugiausia susidaro troposferoje.

Stratosfera

Stratosfera- atmosferos sluoksnis, esantis virš troposferos 8–50 km aukštyje. Dangaus spalva šiame sluoksnyje atrodo violetinė, o tai paaiškinama oro plonumu, dėl kurio saulės spinduliai beveik neišsisklaido.

Stratosferoje yra 20% atmosferos masės. Oras šiame sluoksnyje yra išretėjęs, vandens garų praktiškai nėra, todėl beveik nesiformuoja debesys ir krituliai. Tačiau stratosferoje stebimos stabilios oro srovės, kurių greitis siekia 300 km/val.

Šis sluoksnis yra koncentruotas ozonas(ozono ekranas, ozonosfera), sluoksnis, sugeriantis ultravioletinius spindulius, neleidžiantis jiems pasiekti Žemę ir taip apsaugoti gyvus organizmus mūsų planetoje. Ozono dėka oro temperatūra viršutinėje stratosferos riboje svyruoja nuo -50 iki 4-55 °C.

Tarp mezosferos ir stratosferos yra pereinamoji zona – stratopauzė.

Mezosfera

Mezosfera- atmosferos sluoksnis, esantis 50-80 km aukštyje. Oro tankis čia yra 200 kartų mažesnis nei Žemės paviršiuje. Dangaus spalva mezosferoje atrodo juoda, o dienos metu matomos žvaigždės. Oro temperatūra nukrenta iki -75 (-90)°C.

80 km aukštyje prasideda termosfera. Oro temperatūra šiame sluoksnyje smarkiai pakyla iki 250 m aukščio, o vėliau tampa pastovi: 150 km aukštyje pasiekia 220-240 °C; 500-600 km aukštyje viršija 1500 °C.

Mezosferoje ir termosferoje, veikiant kosminiams spinduliams, dujų molekulės suyra į įkrautas (jonizuotas) atomų daleles, todėl ši atmosferos dalis vadinama. jonosfera- labai išretinto oro sluoksnis, esantis 50–1000 km aukštyje, daugiausia susidedantis iš jonizuotų deguonies atomų, azoto oksido molekulių ir laisvųjų elektronų. Šiam sluoksniui būdingas didelis elektrifikavimas, nuo jo, kaip nuo veidrodžio, atsispindi ilgos ir vidutinės radijo bangos.

Jonosferoje atsiranda auroros – išretėjusių dujų švytėjimas, veikiamas elektra įkrautų dalelių, skrendančių iš Saulės – ir stebimi staigūs magnetinio lauko svyravimai.

Egzosfera

Egzosfera- išorinis atmosferos sluoksnis, esantis aukščiau 1000 km. Šis sluoksnis taip pat vadinamas sklaidos sfera, nes dujų dalelės čia juda dideliu greičiu ir gali būti išsklaidytos į kosmosą.

Atmosferos kompozicija

Atmosfera yra dujų mišinys, susidedantis iš azoto (78,08%), deguonies (20,95%), anglies dioksido (0,03%), argono (0,93%), nedidelio kiekio helio, neono, ksenono, kriptono (0,01%), ozono ir kitų dujų, tačiau jų kiekis yra nereikšmingas (1 lentelė). Šiuolaikinė Žemės oro sudėtis buvo nustatyta daugiau nei prieš šimtą milijonų metų, tačiau smarkiai išaugusi žmogaus gamybinė veikla vis dėlto lėmė jos pokyčius. Šiuo metu CO 2 kiekis padidėja maždaug 10–12%.

Atmosferą sudarančios dujos atlieka įvairius funkcinius vaidmenis. Tačiau pagrindinę šių dujų svarbą pirmiausia lemia tai, kad jos labai stipriai sugeria spinduliavimo energiją ir taip daro didelę įtaką Žemės paviršiaus ir atmosferos temperatūros režimui.

1 lentelė. Sauso atmosferos oro prie žemės paviršiaus cheminė sudėtis

Azotas, Atmosferoje labiausiai paplitusios dujos, chemiškai neaktyvios.

Deguonis, skirtingai nei azotas, yra chemiškai labai aktyvus elementas. Specifinė deguonies funkcija yra heterotrofinių organizmų, uolienų ir nepakankamai oksiduotų dujų, kurias į atmosferą išskiria ugnikalniai, oksidacija. Be deguonies nebūtų ir negyvų organinių medžiagų.

Anglies dioksido vaidmuo atmosferoje yra nepaprastai didelis. Jis patenka į atmosferą dėl degimo procesų, gyvų organizmų kvėpavimo ir skilimo ir visų pirma yra pagrindinė statybinė medžiaga organinėms medžiagoms kurti fotosintezės metu. Be to, didelę reikšmę turi anglies dioksido gebėjimas perduoti trumpųjų bangų saulės spinduliuotę ir sugerti dalį šiluminės ilgosios bangos spinduliuotės, kuri sukurs vadinamąjį šiltnamio efektą, apie kurį bus kalbama toliau.

Atmosferos procesams, ypač stratosferos šiluminiam režimui, įtakos turi ozonas.Šios dujos yra natūralus saulės ultravioletinės spinduliuotės sugėriklis, o saulės spinduliuotės sugėrimas sukelia oro kaitinimą. Vidutinės mėnesinės bendro ozono kiekio atmosferoje vertės skiriasi priklausomai nuo platumos ir metų laiko 0,23–0,52 cm diapazone (tai yra ozono sluoksnio storis esant žemės slėgiui ir temperatūrai). Nuo pusiaujo iki ašigalių didėja ozono kiekis ir vyksta metinis ciklas, kurio minimumas yra rudenį ir didžiausias pavasarį.

Būdinga atmosferos savybė yra ta, kad pagrindinių dujų (azoto, deguonies, argono) kiekis nežymiai kinta priklausomai nuo aukščio: 65 km aukštyje atmosferoje azoto kiekis yra 86%, deguonies - 19, argono - 0,91. , 95 km aukštyje - azoto 77, deguonies - 21,3, argono - 0,82%. Atmosferos oro sudėties pastovumas vertikaliai ir horizontaliai palaikomas jį maišant.

Be dujų, ore yra vandens garai Ir kietosios dalelės. Pastarieji gali būti tiek natūralios, tiek dirbtinės (antropogeninės) kilmės. Tai žiedadulkės, smulkūs druskos kristalai, kelių dulkės ir aerozolių priemaišos. Kai saulės spinduliai prasiskverbia pro langą, jie gali būti matomi plika akimi.

Ypač daug kietųjų dalelių yra miestų ir didžiųjų pramonės centrų ore, kur į aerozolius dedama kenksmingų dujų ir kuro degimo metu susidarančių jų priemaišų.

Aerozolių koncentracija atmosferoje lemia oro skaidrumą, o tai įtakoja Žemės paviršių pasiekiančią saulės spinduliuotę. Didžiausi aerozoliai yra kondensacijos branduoliai (nuo lat. kondensatas- tankinimas, sutirštėjimas) - prisideda prie vandens garų pavertimo vandens lašeliais.

Vandens garų svarbą pirmiausia lemia tai, kad jie atitolina ilgųjų bangų šiluminę spinduliuotę nuo žemės paviršiaus; yra pagrindinė didelių ir mažų drėgmės ciklų grandis; padidina oro temperatūrą vandens sluoksnių kondensacijos metu.

Vandens garų kiekis atmosferoje kinta laike ir erdvėje. Taigi vandens garų koncentracija žemės paviršiuje svyruoja nuo 3% tropikuose iki 2-10 (15)% Antarktidoje.

Vidutinis vandens garų kiekis vertikalioje atmosferos stulpelyje vidutinio klimato platumose yra apie 1,6-1,7 cm (toks yra kondensuotų vandens garų sluoksnio storis). Informacija apie vandens garus skirtinguose atmosferos sluoksniuose yra prieštaringa. Pavyzdžiui, buvo daroma prielaida, kad aukštyje nuo 20 iki 30 km specifinė drėgmė stipriai didėja didėjant aukščiui. Tačiau vėlesni matavimai rodo didesnį stratosferos sausumą. Matyt, specifinė drėgmė stratosferoje mažai priklauso nuo aukščio ir yra 2-4 mg/kg.

Vandens garų kiekio kintamumą troposferoje lemia garavimo, kondensacijos ir horizontalaus transportavimo procesų sąveika. Dėl vandens garų kondensacijos susidaro debesys ir iškrenta krituliai lietaus, krušos ir sniego pavidalu.

Vandens fazių virsmų procesai daugiausia vyksta troposferoje, todėl stratosferoje (20-30 km aukštyje) ir mezosferoje (prie mezopauzės) debesys, vadinami perlamutriniais ir sidabriniais, pastebimi gana retai, o troposferos debesys. dažnai dengia apie 50 % viso žemės paviršiaus.

Vandens garų kiekis, kuris gali būti ore, priklauso nuo oro temperatūros.

1 m 3 oro esant -20 ° C temperatūrai gali būti ne daugiau kaip 1 g vandens; 0 °C temperatūroje - ne daugiau kaip 5 g; esant +10 °C - ne daugiau kaip 9 g; esant +30 °C – ne daugiau kaip 30 g vandens.

Išvada: Kuo aukštesnė oro temperatūra, tuo daugiau jame gali būti vandens garų.

Oras gali būti turtingas Ir neprisotintas vandens garai. Taigi, jei esant +30 °C temperatūrai 1 m 3 oro yra 15 g vandens garų, oras nėra prisotintas vandens garų; jei 30 g – sočiųjų.

Absoliuti drėgmė yra vandens garų kiekis, esantis 1 m3 oro. Jis išreiškiamas gramais. Pavyzdžiui, jei sakoma „absoliuti drėgmė yra 15“, tai reiškia, kad 1 mL yra 15 g vandens garų.

Santykinė drėgmė- tai faktinio vandens garų kiekio 1 m 3 oro santykis (procentais) su vandens garų kiekiu, kuris gali būti 1 m L tam tikroje temperatūroje. Pavyzdžiui, jei radijas transliuoja orų pranešimą, kad santykinė oro drėgmė yra 70%, tai reiškia, kad ore yra 70% vandens garų, kuriuos jis gali išlaikyti esant tokiai temperatūrai.

Kuo didesnė santykinė oro drėgmė, t.y. Kuo arčiau oro prisotinimo būsena, tuo didesnė kritulių tikimybė.

Visada aukšta (iki 90%) santykinė oro drėgmė stebima pusiaujo zonoje, nes oro temperatūra ten ištisus metus išlieka aukšta, o nuo vandenynų paviršiaus vyksta didelis garavimas. Santykinė oro drėgmė taip pat yra didelė poliariniuose regionuose, bet todėl, kad esant žemai temperatūrai net nedidelis vandens garų kiekis daro orą prisotintą arba beveik prisotintą. Vidutinio klimato platumose santykinė oro drėgmė kinta priklausomai nuo metų laikų – žiemą ji didesnė, vasarą mažesnė.

Santykinis oro drėgnumas dykumose ypač žemas: 1 m 1 oro ten yra du–tris kartus mažiau vandens garų nei įmanoma esant tam tikrai temperatūrai.

Santykinei oro drėgmei matuoti naudojamas higrometras (iš graikų kalbos hygros – šlapias ir metreco – matuoju).

Atvėsęs prisotintas oras negali išlaikyti tokio pat kiekio vandens garų, jis sutirštėja (kondensuojasi), virsdamas rūko lašeliais. Vasarą giedrą, vėsią naktį galima stebėti rūką.

Debesys- tai tas pats rūkas, tik jis susidaro ne žemės paviršiuje, o tam tikrame aukštyje. Kylant orui, jis atvėsta, o jame esantys vandens garai kondensuojasi. Susidarę maži vandens lašeliai sudaro debesis.

Debesų susidarymas taip pat apima kietųjų dalelių pakibęs troposferoje.

Debesys gali būti įvairių formų, kurios priklauso nuo jų susidarymo sąlygų (14 lentelė).

Žemiausi ir sunkiausi debesys yra sluoksniniai. Jie yra 2 km aukštyje nuo žemės paviršiaus. 2–8 km aukštyje galima stebėti vaizdingesnius kamuolinius debesis. Aukščiausi ir šviesiausi yra plunksniniai debesys. Jie yra 8–18 km aukštyje virš žemės paviršiaus.

Atmosferos apsauga

Pagrindiniai šaltiniai – pramonės įmonės ir automobiliai. Didžiuosiuose miestuose dujų taršos pagrindinėse transporto trasose problema yra labai opi. Štai kodėl daugelis didžiųjų pasaulio miestų, įskaitant mūsų šalį, įvedė transporto priemonių išmetamųjų dujų toksiškumo aplinkosaugos kontrolę. Specialistų teigimu, ore esantys dūmai ir dulkės gali perpus sumažinti saulės energijos tiekimą į žemės paviršių, o tai lems gamtos sąlygų pasikeitimą.