Ανώτερο τμήμα της γήινης ατμόσφαιρας. Ατμόσφαιρα της Γης: δομή και σύνθεση

Στην επιφάνεια της Γης, η μετεωρολογία ασχολείται με μακροπρόθεσμες παραλλαγές - κλιματολογία.

Το πάχος της ατμόσφαιρας είναι 1500 km από την επιφάνεια της Γης. Η συνολική μάζα του αέρα, δηλαδή ένα μείγμα αερίων που συνθέτουν την ατμόσφαιρα, είναι 5,1-5,3 * 10 ^ 15 τόνοι Το μοριακό βάρος του καθαρού ξηρού αέρα είναι 29. Η πίεση στους 0 ° C στο επίπεδο της θάλασσας είναι 101.325 Pa, ή 760 mm. rt. Τέχνη.; κρίσιμη θερμοκρασία - 140,7 °C; κρίσιμη πίεση 3,7 MPa. Η διαλυτότητα του αέρα στο νερό στους 0 ° C είναι 0,036%, στους 25 ° C - 0,22%.

Καθορίζεται η φυσική κατάσταση της ατμόσφαιρας. Οι κύριες παράμετροι της ατμόσφαιρας: πυκνότητα αέρα, πίεση, θερμοκρασία και σύνθεση. Καθώς αυξάνεται το υψόμετρο, η πυκνότητα του αέρα μειώνεται. Η θερμοκρασία αλλάζει επίσης με την αλλαγή του υψομέτρου. Το κάθετο χαρακτηρίζεται από διαφορετικές θερμοκρασίες και ηλεκτρικές ιδιότητες, διαφορετικές συνθήκες αέρα. Ανάλογα με τη θερμοκρασία στην ατμόσφαιρα, διακρίνονται τα ακόλουθα κύρια στρώματα: τροπόσφαιρα, στρατόσφαιρα, μεσόσφαιρα, θερμόσφαιρα, εξώσφαιρα (σφαίρα σκέδασης). Οι μεταβατικές περιοχές της ατμόσφαιρας μεταξύ γειτονικών κελυφών ονομάζονται τροπόπαυση, στρατόπαυση κ.λπ., αντίστοιχα.

Τροποσφαίρα- χαμηλότερο, κύριο, πιο μελετημένο, με ύψος στις πολικές περιοχές 8-10 km, έως 10-12 km, στον ισημερινό - 16-18 km. Περίπου το 80-90% της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας και σχεδόν όλοι οι υδρατμοί συγκεντρώνονται στην τροπόσφαιρα. Όταν ανεβαίνει κάθε 100 m, η θερμοκρασία στην τροπόσφαιρα μειώνεται κατά μέσο όρο κατά 0,65 ° C και φτάνει στους -53 ° C στο πάνω μέρος. Αυτό το ανώτερο στρώμα της τροπόσφαιρας ονομάζεται τροπόπαυση. Στην τροπόσφαιρα, οι αναταράξεις και η μεταφορά είναι πολύ ανεπτυγμένες, το κυρίαρχο μέρος είναι συγκεντρωμένο, τα σύννεφα δημιουργούνται, αναπτύσσονται.

Στρατόσφαιρα- στρώμα της ατμόσφαιρας, που βρίσκεται σε υψόμετρο 11-50 km. Μια ελαφρά μεταβολή της θερμοκρασίας στο στρώμα 11-25 km (το κατώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας) και η αύξησή του στο στρώμα των 25-40 km από -56,5 σε 0,8 °C (το ανώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας ή η περιοχή αναστροφής) είναι τυπικός. Έχοντας φτάσει σε τιμή 273 K (0 °C) σε υψόμετρο περίπου 40 km, η θερμοκρασία παραμένει σταθερή μέχρι υψόμετρο 55 km. Αυτή η περιοχή σταθερή θερμοκρασίαονομάζεται στρατόπαυση και είναι το όριο μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας.

Είναι στη στρατόσφαιρα που βρίσκεται το στρώμα οζονόσφαιρα(«στοιβάδα του όζοντος», σε υψόμετρο 15-20 έως 55-60 χλμ.), που καθορίζει το ανώτερο όριο ζωής στο. Ένα σημαντικό συστατικό της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας είναι το όζον, το οποίο σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της φωτογραφίας χημικές αντιδράσειςπιο έντονο σε υψόμετρο 30 χλμ. Η συνολική μάζα του όζοντος σε κανονική πίεση θα ήταν ένα στρώμα πάχους 1,7-4 mm, αλλά ακόμη και αυτό είναι αρκετό για να απορροφήσει το υπεριώδες, το οποίο είναι επιβλαβές για τη ζωή. Η καταστροφή του όζοντος συμβαίνει όταν αλληλεπιδρά με ελεύθερες ρίζες, μονοξείδιο του αζώτου, ενώσεις που περιέχουν αλογόνο (συμπεριλαμβανομένων των "φρεονίων"). Το όζον - μια αλλοτροπία οξυγόνου, σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της ακόλουθης χημικής αντίδρασης, συνήθως μετά από βροχή, όταν η προκύπτουσα ένωση ανεβαίνει στα ανώτερα στρώματα της τροπόσφαιρας. Το όζον έχει μια συγκεκριμένη μυρωδιά.

Στη στρατόσφαιρα παραμονεύει τα περισσότερα απότμήμα βραχέων κυμάτων της υπεριώδους ακτινοβολίας (180-200 nm) και λαμβάνει χώρα ο μετασχηματισμός της ενέργειας βραχέων κυμάτων. Υπό την επίδραση αυτών των ακτίνων, τα μαγνητικά πεδία αλλάζουν, τα μόρια διασπώνται, ο ιονισμός, ο νέος σχηματισμός αερίων και άλλων χημικών ενώσεων. Αυτές οι διεργασίες μπορούν να παρατηρηθούν με τη μορφή βόρειων φώτων, κεραυνών και άλλων λάμψεων. Δεν υπάρχει σχεδόν καθόλου υδρατμός στη στρατόσφαιρα.

Μεσόσφαιραξεκινά από υψόμετρο 50 km και εκτείνεται μέχρι 80-90 km. σε ύψος 75-85 km πέφτει στους -88 °С. Το ανώτερο όριο της μεσόσφαιρας είναι η μεσόπαυση.

Θερμόσφαιρα(άλλο όνομα είναι η ιονόσφαιρα) - το στρώμα της ατμόσφαιρας που ακολουθεί τη μεσόσφαιρα - ξεκινά από υψόμετρο 80-90 km και εκτείνεται έως και 800 km. Η θερμοκρασία του αέρα στη θερμόσφαιρα αυξάνεται γρήγορα και σταθερά και φτάνει σε αρκετές εκατοντάδες ακόμη και χιλιάδες βαθμούς.

Εξώσφαιρα- ζώνη διασποράς, το εξωτερικό τμήμα της θερμόσφαιρας, που βρίσκεται πάνω από 800 km. Το αέριο στην εξώσφαιρα είναι εξαιρετικά σπάνιο και ως εκ τούτου τα σωματίδια του διαρρέουν στον διαπλανητικό χώρο (διασκορπισμός).
Σε ύψος 100 km, η ατμόσφαιρα είναι ένα ομοιογενές (μονοφασικό), καλά αναμεμειγμένο μείγμα αερίων. Στα υψηλότερα στρώματα, η κατανομή των αερίων σε ύψος εξαρτάται από αυτά μοριακά βάρη, η συγκέντρωση των βαρύτερων αερίων μειώνεται γρηγορότερα με την απόσταση από την επιφάνεια της Γης. Λόγω της μείωσης της πυκνότητας του αερίου, η θερμοκρασία πέφτει από 0 °C στη στρατόσφαιρα σε -110 °C στη μεσόσφαιρα. Ωστόσο, η κινητική ενέργεια των μεμονωμένων σωματιδίων σε υψόμετρα 200-250 km αντιστοιχεί σε θερμοκρασία περίπου 1500 °C. Πάνω από 200 km, παρατηρούνται σημαντικές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία και την πυκνότητα των αερίων στο χρόνο και στο χώρο.

Σε υψόμετρο περίπου 2000-3000 km, η εξώσφαιρα περνά σταδιακά στο λεγόμενο κοντινό διαστημικό κενό, το οποίο είναι γεμάτο με εξαιρετικά σπάνια σωματίδια διαπλανητικού αερίου, κυρίως άτομα υδρογόνου. Αλλά αυτό το αέριο είναι μόνο μέρος της διαπλανητικής ύλης. Το άλλο μέρος αποτελείται από σωματίδια που μοιάζουν με σκόνη, κομητικής και μετεωρικής προέλευσης. Εκτός από αυτά τα εξαιρετικά σπάνια σωματίδια, ηλεκτρομαγνητική και σωματική ακτινοβολία ηλιακής και γαλαξιακής προέλευσης διεισδύει σε αυτόν τον χώρο.

Η τροπόσφαιρα αντιπροσωπεύει περίπου το 80% της μάζας της ατμόσφαιρας, η στρατόσφαιρα αντιπροσωπεύει περίπου το 20%. η μάζα της μεσόσφαιρας δεν είναι μεγαλύτερη από 0,3%, η θερμόσφαιρα είναι μικρότερη από το 0,05% της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας. Με βάση τις ηλεκτρικές ιδιότητες στην ατμόσφαιρα, διακρίνονται η ουδετερόσφαιρα και η ιονόσφαιρα. Αυτή τη στιγμή πιστεύεται ότι η ατμόσφαιρα εκτείνεται σε υψόμετρο 2000-3000 km.

Ανάλογα με τη σύσταση του αερίου στην ατμόσφαιρα, διακρίνονται η ομοιόσφαιρα και η ετεροσφαιρία. ετερόσφαιρα- αυτή είναι η περιοχή όπου η βαρύτητα επηρεάζει το διαχωρισμό των αερίων, επειδή. η ανάμειξή τους σε αυτό το ύψος είναι αμελητέα. Ως εκ τούτου ακολουθεί η μεταβλητή σύνθεση της ετερόσφαιρας. Κάτω από αυτό βρίσκεται ένα καλά αναμεμειγμένο, ομοιογενές τμήμα της ατμόσφαιρας που ονομάζεται ομοσφαίρα. Το όριο μεταξύ αυτών των στρωμάτων ονομάζεται turbopause και βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 120 km.

Η ατμοσφαιρική πίεση είναι η πίεση στα αντικείμενα σε αυτήν και στην επιφάνεια της γης. Το φυσιολογικό είναι ένας δείκτης 760 mm Hg. Τέχνη. (101 325 Pa). Για κάθε χιλιόμετρο αύξησης του υψομέτρου, η πίεση πέφτει κατά 100 mm.

Σύνθεση της ατμόσφαιρας

Το κέλυφος αέρα της Γης, που αποτελείται κυρίως από αέρια και διάφορες ακαθαρσίες (σκόνη, σταγόνες νερού, παγοκρύσταλλοι, θαλάσσια άλατα, προϊόντα καύσης), η ποσότητα των οποίων δεν είναι σταθερή. Τα κύρια αέρια είναι το άζωτο (78%), το οξυγόνο (21%) και το αργό (0,93%). Η συγκέντρωση των αερίων που συνθέτουν την ατμόσφαιρα είναι σχεδόν σταθερή, με εξαίρεση το διοξείδιο του άνθρακα CO2 (0,03%).

Η ατμόσφαιρα περιέχει επίσης SO2, CH4, NH3, CO, υδρογονάνθρακες, HC1, HF, ατμούς Hg, I2, καθώς και NO και πολλά άλλα αέρια σε μικρές ποσότητες. Στην τροπόσφαιρα υπάρχει συνεχώς μεγάλη ποσότητα αιωρούμενων στερεών και υγρών σωματιδίων (αεροζόλ).

Η δομή και η σύνθεση της ατμόσφαιρας της Γης, πρέπει να πούμε, δεν ήταν πάντα σταθερές αξίες σε μια ή την άλλη περίοδο της ανάπτυξης του πλανήτη μας. Σήμερα κατακόρυφη δομήαυτό το στοιχείο, το οποίο έχει συνολικό "πάχος" 1,5-2,0 χιλιάδες km, αντιπροσωπεύεται από πολλά κύρια στρώματα, όπως:

  1. Τροποσφαίρα.
  2. τροπόπαυση.
  3. Στρατόσφαιρα.
  4. Στρατόπαυση.
  5. μεσόσφαιρα και μεσόπαυση.
  6. Θερμόσφαιρα.
  7. εξώσφαιρα.

Βασικά στοιχεία της ατμόσφαιρας

Η τροπόσφαιρα είναι ένα στρώμα στο οποίο παρατηρούνται έντονες κάθετες και οριζόντιες κινήσεις, είναι εδώ που ο καιρός, τα φαινόμενα βροχοπτώσεων, κλιματικές συνθήκες. Εκτείνεται για 7-8 χιλιόμετρα από την επιφάνεια του πλανήτη σχεδόν παντού, με εξαίρεση τις πολικές περιοχές (εκεί - έως 15 km). Στην τροπόσφαιρα, παρατηρείται σταδιακή μείωση της θερμοκρασίας, περίπου 6,4 ° C με κάθε χιλιόμετρο υψομέτρου. Αυτός ο αριθμός μπορεί να διαφέρει για διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη και εποχές.

Η σύνθεση της ατμόσφαιρας της Γης σε αυτό το τμήμα αντιπροσωπεύεται από τα ακόλουθα στοιχεία και τα ποσοστά τους:

Άζωτο - περίπου 78 τοις εκατό.

Οξυγόνο - σχεδόν 21 τοις εκατό.

Αργό - περίπου ένα τοις εκατό.

Διοξείδιο του άνθρακα - λιγότερο από 0,05%.

Μονή σύνθεση μέχρι ύψος 90 χιλιομέτρων

Επιπλέον, σκόνη, σταγονίδια νερού, υδρατμοί, προϊόντα καύσης, κρύσταλλοι πάγου, θαλασσινά άλατα, πολλά σωματίδια αερολύματος κ.λπ.. Αυτή η σύνθεση της ατμόσφαιρας της Γης παρατηρείται σε ύψος περίπου ενενήντα χιλιομέτρων, οπότε ο αέρας είναι περίπου η ίδια σε χημική σύνθεση, όχι μόνο στην τροπόσφαιρα, αλλά και στα ανώτερα στρώματα. Αλλά εκεί η ατμόσφαιρα έχει θεμελιωδώς διαφορετικές φυσικές ιδιότητες. Το στρώμα που έχει ένα κοινό χημική σύνθεσηονομάζεται ομόσφαιρα.

Ποια άλλα στοιχεία υπάρχουν στην ατμόσφαιρα της Γης; Ως ποσοστό (κατ' όγκο, σε ξηρό αέρα), αέρια όπως κρυπτόν (περίπου 1,14 x 10 -4), ξένο (8,7 x 10 -7), υδρογόνο (5,0 x 10 -5), μεθάνιο (περίπου 1,7 x 10 - 4), υποξείδιο του αζώτου (5,0 x 10 -5) κ.λπ. Ως προς το ποσοστό μάζας των συστατικών που αναφέρονται, το υποξείδιο του αζώτου και το υδρογόνο είναι τα περισσότερα και ακολουθούν το ήλιο, το κρυπτό κ.λπ.

Φυσικές ιδιότητες διαφορετικών ατμοσφαιρικών στρωμάτων

Φυσικές ιδιότητεςη τροπόσφαιρα σχετίζεται στενά με την γειτνίασή της με την επιφάνεια του πλανήτη. Από εδώ, η ανακλώμενη ηλιακή θερμότητα με τη μορφή υπέρυθρων ακτίνων αποστέλλεται πίσω, συμπεριλαμβανομένων των διεργασιών της θερμικής αγωγιμότητας και της μεταφοράς. Γι' αυτό, με την αφαίρεση του η επιφάνεια της γηςη θερμοκρασία πέφτει. Αυτό το φαινόμενο παρατηρείται μέχρι το ύψος της στρατόσφαιρας (11-17 χιλιόμετρα), στη συνέχεια η θερμοκρασία παραμένει πρακτικά αμετάβλητη μέχρι το επίπεδο των 34-35 χιλιομέτρων, και στη συνέχεια υπάρχει και πάλι αύξηση της θερμοκρασίας μέχρι ύψη 50 χιλιομέτρων ( το ανώτερο όριο της στρατόσφαιρας). Μεταξύ της στρατόσφαιρας και της τροπόσφαιρας υπάρχει ένα λεπτό ενδιάμεσο στρώμα της τροπόπαυσης (μέχρι 1-2 km), όπου παρατηρούνται σταθερές θερμοκρασίες πάνω από τον ισημερινό - περίπου μείον 70 ° C και κάτω. Πάνω από τους πόλους, η τροπόπαυση «θερμαίνεται» το καλοκαίρι στους μείον 45°C, το χειμώνα οι θερμοκρασίες εδώ κυμαίνονται γύρω στους -65°C.

Σύνθεση αερίουΗ ατμόσφαιρα της γης περιλαμβάνει ένα τόσο σημαντικό στοιχείο όπως το όζον. Υπάρχει σχετικά λίγο από αυτό κοντά στην επιφάνεια (δέκα έως την μείον έκτη δύναμη του ποσοστού), καθώς το αέριο σχηματίζεται υπό την επίδραση ακτίνες ηλίουαπό το ατομικό οξυγόνο στην ανώτερη ατμόσφαιρα. Συγκεκριμένα, το μεγαλύτερο μέρος του όζοντος βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 25 km, και ολόκληρο το «οθόνη του όζοντος» βρίσκεται σε περιοχές από 7-8 km στην περιοχή των πόλων, από 18 km στον ισημερινό και έως και πενήντα χιλιόμετρα γενικά πάνω από την επιφάνεια του πλανήτη.

Η ατμόσφαιρα προστατεύει από την ηλιακή ακτινοβολία

Η σύσταση του αέρα στην ατμόσφαιρα της Γης παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στη διατήρηση της ζωής, αφού ατομική χημικά στοιχείακαι οι συνθέσεις περιορίζουν με επιτυχία την πρόσβαση της ηλιακής ακτινοβολίας στην επιφάνεια της γης και τους ανθρώπους, τα ζώα και τα φυτά που ζουν σε αυτήν. Για παράδειγμα, τα μόρια υδρατμών απορροφούν αποτελεσματικά σχεδόν όλες τις περιοχές της υπέρυθρης ακτινοβολίας, εκτός από τα μήκη στην περιοχή από 8 έως 13 μικρά. Το όζον, από την άλλη πλευρά, απορροφά την υπεριώδη ακτινοβολία έως και ένα μήκος κύματος 3100 A. Χωρίς το λεπτό στρώμα του (κατά μέσο όρο 3 mm αν τοποθετηθεί στην επιφάνεια του πλανήτη), μόνο νερό σε βάθος μεγαλύτερο από 10 μέτρα και υπόγειες σπηλιές, όπου η ηλιακή ακτινοβολία δεν φτάνει, μπορεί να κατοικηθεί. .

Μηδέν Κελσίου στη στρατόπαυση

Ανάμεσα στα επόμενα δύο επίπεδα της ατμόσφαιρας, τη στρατόσφαιρα και τη μεσόσφαιρα, υπάρχει ένα αξιοσημείωτο στρώμα - η στρατόπαυση. Αντιστοιχεί περίπου στο ύψος του μέγιστου του όζοντος και εδώ παρατηρείται μια σχετικά άνετη θερμοκρασία για τον άνθρωπο - περίπου 0°C. Πάνω από τη στρατόπαυση, στη μεσόσφαιρα (αρχίζει κάπου σε υψόμετρο 50 km και τελειώνει σε υψόμετρο 80-90 km), υπάρχει και πάλι πτώση της θερμοκρασίας με την αύξηση της απόστασης από την επιφάνεια της Γης (μέχρι μείον 70-80 ° ΝΤΟ). Στη μεσόσφαιρα, οι μετεωρίτες συνήθως καίγονται εντελώς.

Στη θερμόσφαιρα - συν 2000 K!

Η χημική σύσταση της γήινης ατμόσφαιρας στη θερμόσφαιρα (αρχίζει μετά τη μεσόπαυση από υψόμετρα περίπου 85-90 έως 800 km) καθορίζει την πιθανότητα ενός τέτοιου φαινομένου όπως η σταδιακή θέρμανση στρωμάτων πολύ σπάνιου "αέρα" υπό την επίδραση του ηλιακού ακτινοβολία. Σε αυτό το τμήμα του «καλύμματος αέρα» του πλανήτη, σημειώνονται θερμοκρασίες από 200 έως 2000 Κ, οι οποίες λαμβάνονται σε σχέση με τον ιονισμό του οξυγόνου (πάνω από 300 km είναι ατομικό οξυγόνο), καθώς και τον ανασυνδυασμό των ατόμων οξυγόνου σε μόρια , συνοδευόμενη από την απελευθέρωση ένας μεγάλος αριθμόςθερμότητα. Η θερμόσφαιρα είναι όπου πηγάζουν τα σέλας.

Πάνω από τη θερμόσφαιρα βρίσκεται η εξώσφαιρα - το εξωτερικό στρώμα της ατμόσφαιρας, από το οποίο τα ελαφρά και ταχέως κινούμενα άτομα υδρογόνου μπορούν να διαφύγουν χώρος. Η χημική σύνθεση της ατμόσφαιρας της Γης εδώ αντιπροσωπεύεται περισσότερο από μεμονωμένα άτομα οξυγόνου στα κατώτερα στρώματα, άτομα ηλίου στη μέση και σχεδόν αποκλειστικά άτομα υδρογόνου στα ανώτερα. Εδώ βασιλεύει υψηλές θερμοκρασίες- περίπου 3000 K και δεν υπάρχει ατμοσφαιρική πίεση.

Πώς σχηματίστηκε η ατμόσφαιρα της γης;

Όμως, όπως προαναφέρθηκε, ο πλανήτης δεν είχε πάντα τέτοια σύνθεση της ατμόσφαιρας. Συνολικά, υπάρχουν τρεις έννοιες για την προέλευση αυτού του στοιχείου. Η πρώτη υπόθεση προϋποθέτει ότι η ατμόσφαιρα λήφθηκε κατά τη διαδικασία προσαύξησης από ένα πρωτοπλανητικό νέφος. Ωστόσο, σήμερα αυτή η θεωρία υπόκειται σε σημαντική κριτική, αφού μια τέτοια πρωταρχική ατμόσφαιρα πρέπει να καταστράφηκε από τον ηλιακό «άνεμο» από ένα αστέρι του πλανητικού μας συστήματος. Επιπλέον, υποτίθεται ότι τα πτητικά στοιχεία δεν μπορούσαν να παραμείνουν στη ζώνη σχηματισμού πλανητών όπως η γήινη ομάδα λόγω πολύ υψηλών θερμοκρασιών.

Η σύνθεση της πρωταρχικής ατμόσφαιρας της Γης, όπως προτείνεται από τη δεύτερη υπόθεση, θα μπορούσε να σχηματιστεί λόγω του ενεργού βομβαρδισμού της επιφάνειας από αστεροειδείς και κομήτες που έφτασαν από την περιοχή. ηλιακό σύστημαστα αρχικά στάδια ανάπτυξης. Είναι αρκετά δύσκολο να επιβεβαιωθεί ή να αντικρουστεί αυτή η ιδέα.

Πειραματιστείτε στο IDG RAS

Η πιο εύλογη είναι η τρίτη υπόθεση, η οποία πιστεύει ότι η ατμόσφαιρα εμφανίστηκε ως αποτέλεσμα της απελευθέρωσης αερίων από τον μανδύα. φλοιός της γηςπριν από περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτή η ιδέα δοκιμάστηκε στο Ινστιτούτο Γεωλογίας και Γεωχημείας της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών κατά τη διάρκεια ενός πειράματος που ονομάζεται "Tsarev 2", όταν ένα δείγμα μιας μετεωρικής ουσίας θερμάνθηκε σε κενό. Στη συνέχεια καταγράφηκε η απελευθέρωση αερίων όπως H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 κ.λπ. Επομένως, οι επιστήμονες ορθώς υπέθεσαν ότι η χημική σύνθεση της πρωταρχικής ατμόσφαιρας της Γης περιελάμβανε νερό και διοξείδιο του άνθρακα, ατμούς υδροφθορίου (HF), αέριο μονοξείδιο του άνθρακα (CO), υδρόθειο (H 2 S), ενώσεις αζώτου, υδρογόνο, μεθάνιο (CH 4), ατμοί αμμωνίας (NH 3), αργό, κ.λπ. Οι υδρατμοί από την πρωτογενή ατμόσφαιρα συμμετείχαν στην σχηματισμός της υδρόσφαιρας, το διοξείδιο του άνθρακα αποδείχθηκε ότι ήταν περισσότερο σε δεσμευμένη κατάσταση σε οργανική ύλη και πετρώματα, το άζωτο πέρασε στη σύνθεση του σύγχρονου αέρα, καθώς και πάλι σε ιζηματογενή πετρώματα και οργανική ύλη.

Η σύνθεση της πρωταρχικής ατμόσφαιρας της Γης δεν θα το επέτρεπε σύγχρονους ανθρώπουςνα είναι σε αυτό χωρίς αναπνευστική συσκευή, αφού τότε δεν υπήρχε οξυγόνο στις απαιτούμενες ποσότητες. Αυτό το στοιχείο εμφανίστηκε σε σημαντικές ποσότητες πριν από ενάμιση δισεκατομμύριο χρόνια, όπως πιστεύεται, σε σχέση με την ανάπτυξη της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης στα γαλαζοπράσινα και άλλα φύκια, που είναι οι παλαιότεροι κάτοικοι του πλανήτη μας.

Ελάχιστο οξυγόνο

Το γεγονός ότι η σύσταση της γήινης ατμόσφαιρας ήταν αρχικά σχεδόν ανοξική υποδεικνύεται από το γεγονός ότι ο εύκολα οξειδωμένος, αλλά όχι οξειδωμένος γραφίτης (άνθρακας) βρίσκεται στα αρχαιότερα (καταρχέα) πετρώματα. Στη συνέχεια, το λεγόμενο banded σιδηρομεταλλεύματα, που περιελάμβανε ενδιάμεσα στρώματα εμπλουτισμένων οξειδίων σιδήρου, που σημαίνει την εμφάνιση στον πλανήτη μιας ισχυρής πηγής οξυγόνου σε μοριακή μορφή. Αλλά αυτά τα στοιχεία συναντήθηκαν μόνο περιοδικά (ίσως τα ίδια φύκια ή άλλοι παραγωγοί οξυγόνου εμφανίζονταν ως μικρά νησιά σε μια ανοξική έρημο), ενώ ο υπόλοιπος κόσμος ήταν αναερόβιος. Το τελευταίο ενισχύεται από το γεγονός ότι βρέθηκε εύκολα οξειδώσιμος πυρίτης με τη μορφή βότσαλων επεξεργασμένων από τη ροή χωρίς ίχνη χημικών αντιδράσεων. Επειδή ρέοντα νεράδεν μπορεί να αεριστεί άσχημα, έχει αναπτυχθεί η άποψη ότι η ατμόσφαιρα πριν από την έναρξη της Κάμβριας περιείχε λιγότερο από ένα τοις εκατό οξυγόνου της σημερινής σύνθεσης.

Επαναστατική αλλαγή στη σύνθεση του αέρα

Περίπου στα μέσα του Πρωτοζωικού (πριν από 1,8 δισεκατομμύρια χρόνια), έγινε η «επανάσταση του οξυγόνου», όταν ο κόσμος μεταπήδησε στην αερόβια αναπνοή, κατά την οποία μπορούν να ληφθούν 38 από ένα θρεπτικό μόριο (γλυκόζη) και όχι από δύο (όπως συμβαίνει με αναερόβια αναπνοή) μονάδες ενέργειας. Η σύνθεση της ατμόσφαιρας της Γης, από άποψη οξυγόνου, άρχισε να ξεπερνά το ένα τοις εκατό της σύγχρονης και άρχισε να εμφανίζεται ένα στρώμα όζοντος που προστατεύει τους οργανισμούς από την ακτινοβολία. Ήταν από αυτήν που "έκρυψε" κάτω από χοντρά κοχύλια, για παράδειγμα, τέτοια αρχαία ζώα όπως οι τριλοβίτες. Από τότε μέχρι την εποχή μας, η περιεκτικότητα του κύριου «αναπνευστικού» στοιχείου αυξήθηκε σταδιακά και σιγά σιγά, παρέχοντας ποικίλη ανάπτυξη μορφών ζωής στον πλανήτη.

Η ατμόσφαιρα της Γης είναι ετερογενής: παρατηρούνται διαφορετικές πυκνότητες και πιέσεις αέρα σε διαφορετικά ύψη, η θερμοκρασία και η σύσταση των αερίων αλλάζουν. Με βάση τη συμπεριφορά της θερμοκρασίας περιβάλλοντος (δηλαδή, η θερμοκρασία αυξάνεται με το ύψος ή μειώνεται), διακρίνονται τα ακόλουθα στρώματα: τροπόσφαιρα, στρατόσφαιρα, μεσόσφαιρα, θερμόσφαιρα και εξώσφαιρα. Τα όρια μεταξύ των στρωμάτων ονομάζονται παύσεις: υπάρχουν 4 από αυτά, γιατί. το άνω όριο της εξώσφαιρας είναι πολύ θολό και συχνά αναφέρεται στον κοντινό χώρο. ΑΠΟ γενική δομήατμόσφαιρα μπορείτε να βρείτε στο συνημμένο διάγραμμα.

Εικ.1 Η δομή της ατμόσφαιρας της Γης. Πίστωση: ιστοσελίδα

Το χαμηλότερο ατμοσφαιρικό στρώμα είναι η τροπόσφαιρα, το ανώτερο όριο της οποίας ονομάζεται τροπόπαυση, ανάλογα με γεωγραφικό πλάτοςποικίλλει και κυμαίνεται από 8 χλμ. σε πολικές έως 20 χλμ. σε τροπικά γεωγραφικά πλάτη. Σε μεσαία ή εύκρατα γεωγραφικά πλάτη, το ανώτερο όριο της βρίσκεται σε υψόμετρα 10-12 χλμ. Κατά τη διάρκεια του έτους, το ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας παρουσιάζει διακυμάνσεις ανάλογα με την εισροή της ηλιακής ακτινοβολίας. Έτσι, ως αποτέλεσμα της ανίχνευσης Νότιο ΠόλοΗ μετεωρολογική υπηρεσία των ΗΠΑ αποκάλυψε ότι από τον Μάρτιο έως τον Αύγουστο ή τον Σεπτέμβριο παρατηρείται σταθερή ψύξη της τροπόσφαιρας, με αποτέλεσμα, για ένα μικρό διάστημα τον Αύγουστο ή τον Σεπτέμβριο, τα σύνορά της να ανεβαίνουν στα 11,5 χιλιόμετρα. Στη συνέχεια, μεταξύ Σεπτεμβρίου και Δεκεμβρίου, πέφτει γρήγορα και φτάνει στη χαμηλότερη θέση του - 7,5 χλμ., μετά την οποία το ύψος του παραμένει ουσιαστικά αμετάβλητο μέχρι τον Μάρτιο. Εκείνοι. Η τροπόσφαιρα είναι στο πιο παχύ της το καλοκαίρι και στο πιο λεπτό το χειμώνα.

Σημειωτέον ότι εκτός από εποχιακές διακυμάνσεις υπάρχουν και καθημερινές αυξομειώσεις στο ύψος της τροπόπαυσης. Επίσης, η θέση του επηρεάζεται από κυκλώνες και αντικυκλώνες: στην πρώτη κατεβαίνει, γιατί. η πίεση σε αυτά είναι χαμηλότερη από ό, τι στον περιβάλλοντα αέρα και, δεύτερον, αυξάνεται ανάλογα.

Η τροπόσφαιρα περιέχει έως και το 90% της συνολικής μάζας του αέρα της γης και τα 9/10 του συνόλου των υδρατμών. Οι αναταράξεις είναι πολύ ανεπτυγμένες εδώ, ειδικά στα εγγύς επιφανειακά και υψηλότερα στρώματα, αναπτύσσονται σύννεφα όλων των επιπέδων, σχηματίζονται κυκλώνες και αντικυκλώνες. Και λόγω της συσσώρευσης αερίων του θερμοκηπίου (διοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο, υδρατμοί) των ακτίνων του ήλιου που αντανακλώνται από την επιφάνεια της Γης, αναπτύσσεται το φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Το φαινόμενο του θερμοκηπίου σχετίζεται με τη μείωση της θερμοκρασίας του αέρα στην τροπόσφαιρα με το ύψος (επειδή η θερμαινόμενη Γη εκπέμπει περισσότερη θερμότητα στα επιφανειακά στρώματα). Η μέση κατακόρυφη κλίση είναι 0,65°/100 m (δηλαδή η θερμοκρασία του αέρα πέφτει κατά 0,65° C για κάθε 100 μέτρα που ανεβαίνετε). Έτσι, εάν στην επιφάνεια της Γης κοντά στον ισημερινό η μέση ετήσια θερμοκρασία του αέρα είναι + 26 °, τότε στο ανώτερο όριο -70 °. Η θερμοκρασία στην περιοχή της τροπόπαυσης Βόρειος πόλοςκατά τη διάρκεια του έτους αλλάζει από -45° το καλοκαίρι σε -65° το χειμώνα.

Καθώς το υψόμετρο αυξάνεται, η πίεση του αέρα μειώνεται επίσης, φτάνοντας μόνο στο 12-20% του επιπέδου κοντά στην επιφάνεια κοντά στην ανώτερη τροπόσφαιρα.

Στα όρια της τροπόσφαιρας και του υπερκείμενου στρώματος της στρατόσφαιρας βρίσκεται το στρώμα τροπόπαυσης, πάχους 1-2 km. Το στρώμα αέρα στο οποίο η κατακόρυφη κλίση μειώνεται σε 0,2°/100 m έναντι 0,65°/100 m στις υποκείμενες περιοχές της τροπόσφαιρας συνήθως λαμβάνεται ως τα κατώτερα όρια της τροπόπαυσης.

Εντός της τροπόπαυσης, υπάρχουν ρεύματα αέραμια αυστηρά καθορισμένη κατεύθυνση, που ονομάζεται αεριωθούμενα ρεύματα μεγάλου υψομέτρου ή «ροές εκτόξευσης» (jet streams), που σχηματίζεται υπό την επίδραση της περιστροφής της Γης γύρω από τον άξονά της και της θέρμανσης της ατμόσφαιρας με τη συμμετοχή της ηλιακής ακτινοβολίας. Ρεύματα παρατηρούνται στα όρια ζωνών με σημαντικές διαφορές θερμοκρασίας. Υπάρχουν πολλά κέντρα εντοπισμού αυτών των ρευμάτων, για παράδειγμα, αρκτικά, υποτροπικά, υποπολικά και άλλα. Η γνώση του εντοπισμού των ροών αεριωθουμένων είναι πολύ σημαντική για τη μετεωρολογία και την αεροπορία: η πρώτη χρησιμοποιεί ρέματα για ακριβέστερη πρόγνωση του καιρού, η δεύτερη για την κατασκευή διαδρομών πτήσης αεροσκαφών, επειδή Στα όρια της ροής υπάρχουν ισχυρές τυρβώδεις δίνες, παρόμοιες με μικρές δίνες, που ονομάζονται «αναταράξεις καθαρού ουρανού» λόγω της απουσίας νεφών σε αυτά τα υψόμετρα.

Υπό την επίδραση των ρευμάτων πίδακα μεγάλου υψομέτρου, συχνά σχηματίζονται ρήξεις στην τροπόπαυση και μερικές φορές εξαφανίζονται εντελώς, αν και μετά σχηματίζονται ξανά. Αυτό παρατηρείται ιδιαίτερα συχνά σε υποτροπικά γεωγραφικά πλάτη στα οποία κυριαρχεί ένα ισχυρό υποτροπικό ρεύμα μεγάλου υψομέτρου. Επιπλέον, η διαφορά στα στρώματα της τροπόπαυσης ως προς τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος αέρα οδηγεί στο σχηματισμό σπασίματος. Για παράδειγμα, υπάρχει ένα μεγάλο χάσμα μεταξύ της θερμής και χαμηλής πολικής τροπόπαυσης και της υψηλής και ψυχρής τροπόπαυσης των τροπικών γεωγραφικών πλάτη. ΣΤΟ πρόσφατους χρόνουςδιακρίνεται επίσης το στρώμα τροπόπαυσης των εύκρατων γεωγραφικών πλάτη, το οποίο έχει ρήξεις με τα δύο προηγούμενα στρώματα: το πολικό και το τροπικό.

Το δεύτερο στρώμα της ατμόσφαιρας της γης είναι η στρατόσφαιρα. Η στρατόσφαιρα μπορεί να χωριστεί υπό όρους σε 2 περιοχές. Το πρώτο από αυτά, που βρίσκεται σε ύψη 25 km, χαρακτηρίζεται από σχεδόν σταθερές θερμοκρασίες, οι οποίες είναι ίσες με τις θερμοκρασίες των ανώτερων στρωμάτων της τροπόσφαιρας σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Η δεύτερη περιοχή, ή περιοχή αναστροφής, χαρακτηρίζεται από αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα σε υψόμετρα περίπου 40 km. Αυτό οφείλεται στην απορρόφηση της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας από το οξυγόνο και το όζον. Στο ανώτερο τμήμα της στρατόσφαιρας, λόγω αυτής της θέρμανσης, η θερμοκρασία είναι συχνά θετική ή ακόμα και συγκρίσιμη με τη θερμοκρασία του επιφανειακού αέρα.

Πάνω από την περιοχή της αναστροφής υπάρχει ένα στρώμα σταθερών θερμοκρασιών, το οποίο ονομάζεται στρατόπαυση και είναι το όριο μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας. Το πάχος του φτάνει τα 15 χλμ.

Σε αντίθεση με την τροπόσφαιρα, οι τυρβώδεις διαταραχές είναι σπάνιες στη στρατόσφαιρα, αλλά σημειώνονται ισχυροί οριζόντιοι άνεμοι ή ρεύματα πίδακα που πνέουν σε στενές ζώνες κατά μήκος των ορίων των εύκρατων γεωγραφικών πλάτη που αντιμετωπίζουν τους πόλους. Η θέση αυτών των ζωνών δεν είναι σταθερή: μπορούν να μετατοπιστούν, να επεκταθούν ή ακόμα και να εξαφανιστούν εντελώς. Συχνά, τα ρεύματα πίδακα διεισδύουν στα ανώτερα στρώματα της τροπόσφαιρας ή αντίστροφα, οι μάζες αέρα από την τροπόσφαιρα διεισδύουν στα κατώτερα στρώματα της στρατόσφαιρας. Αυτή η ανάμειξη αέριων μαζών σε περιοχές ατμοσφαιρικών μετώπων είναι ιδιαίτερα χαρακτηριστική.

Λίγο στη στρατόσφαιρα και υδρατμοί. Ο αέρας εδώ είναι πολύ ξηρός και επομένως υπάρχουν λίγα σύννεφα. Μόνο σε υψόμετρα 20-25 km, όντας σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, μπορεί κανείς να παρατηρήσει πολύ λεπτά σύννεφα από μαργαριτάρι, που αποτελούνται από υπερψυγμένα σταγονίδια νερού. Κατά τη διάρκεια της ημέρας, αυτά τα σύννεφα δεν είναι ορατά, αλλά με την έναρξη του σκότους, φαίνονται να λάμπουν λόγω του φωτισμού τους από τον Ήλιο που έχει ήδη δύσει κάτω από τον ορίζοντα.

Στα ίδια ύψη (20-25 χλμ.) στην κάτω στρατόσφαιρα υπάρχει το λεγόμενο στρώμα του όζοντος - η περιοχή με την υψηλότερη περιεκτικότητα σε όζον, η οποία σχηματίζεται υπό την επίδραση της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας (μπορείτε να μάθετε περισσότερα για αυτή τη διαδικασία στη σελίδα). Το στρώμα του όζοντος ή η οζονόσφαιρα είναι απαραίτητο για τη διατήρηση της ζωής για όλους τους οργανισμούς που ζουν στη στεριά απορροφώντας τις θανατηφόρες υπεριώδεις ακτίνες έως και 290 nm. Αυτός είναι ο λόγος που οι ζωντανοί οργανισμοί δεν ζουν πάνω από το στρώμα του όζοντος, είναι το ανώτερο όριο της εξάπλωσης της ζωής στη Γη.

Υπό την επίδραση του όζοντος, τα μαγνητικά πεδία αλλάζουν επίσης, τα άτομα διασπούν μόρια, συμβαίνει ιονισμός, σχηματίζονται νέοι αέρια και άλλες χημικές ενώσεις.

Το στρώμα της ατμόσφαιρας πάνω από τη στρατόσφαιρα ονομάζεται μεσόσφαιρα. Χαρακτηρίζεται από μείωση της θερμοκρασίας του αέρα με ύψος με μέση κατακόρυφη κλίση 0,25-0,3°/100 m, που οδηγεί σε ισχυρές αναταράξεις. Στα ανώτερα όρια της μεσόσφαιρας στην περιοχή που ονομάζεται μεσόπαυση, σημειώθηκαν θερμοκρασίες έως -138 ° C, που είναι το απόλυτο ελάχιστο για ολόκληρη την ατμόσφαιρα της Γης συνολικά.

Εδώ, εντός της μεσόπαυσης, περνά το κατώτερο όριο της περιοχής ενεργού απορρόφησης της υπεριώδους ακτινοβολίας ακτίνων Χ και μικρού μήκους κύματος του Ήλιου. Αυτή η ενεργειακή διαδικασία ονομάζεται μεταφορά θερμότητας ακτινοβολίας. Ως αποτέλεσμα, το αέριο θερμαίνεται και ιονίζεται, γεγονός που προκαλεί τη λάμψη της ατμόσφαιρας.

Σε υψόμετρα 75-90 χλμ. κοντά στα ανώτερα όρια της μεσόσφαιρας, σημειώθηκαν ιδιαίτερα σύννεφα που καταλαμβάνουν τεράστιες εκτάσεις στις πολικές περιοχές του πλανήτη. Αυτά τα σύννεφα ονομάζονται ασήμι λόγω της λάμψης τους το σούρουπο, η οποία οφείλεται στην αντανάκλαση του ηλιακού φωτός από τους κρυστάλλους πάγου από τους οποίους αποτελούνται αυτά τα σύννεφα.

Η ατμοσφαιρική πίεση μέσα στη μεσόπαυση είναι 200 ​​φορές μικρότερη από ό,τι στην επιφάνεια της γης. Αυτό υποδηλώνει ότι σχεδόν όλος ο αέρας στην ατμόσφαιρα είναι συγκεντρωμένος στα 3 κατώτερα στρώματά της: την τροπόσφαιρα, τη στρατόσφαιρα και τη μεσόσφαιρα. Τα υπερκείμενα στρώματα της θερμόσφαιρας και της εξώσφαιρας αντιπροσωπεύουν μόνο το 0,05% της μάζας ολόκληρης της ατμόσφαιρας.

Η θερμόσφαιρα βρίσκεται σε υψόμετρα από 90 έως 800 km πάνω από την επιφάνεια της Γης.

Η θερμόσφαιρα χαρακτηρίζεται από συνεχή αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα μέχρι υψόμετρα 200-300 km, όπου μπορεί να φτάσει τους 2500°C. Η αύξηση της θερμοκρασίας συμβαίνει λόγω της απορρόφησης από μόρια αερίου του τμήματος ακτίνων Χ και βραχέων κυμάτων της υπεριώδους ακτινοβολίας του Ήλιου. Πάνω από 300 km πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, η άνοδος της θερμοκρασίας σταματά.

Ταυτόχρονα με την άνοδο της θερμοκρασίας μειώνεται η πίεση και, κατά συνέπεια, η πυκνότητα του περιβάλλοντος αέρα. Έτσι, εάν στα κάτω όρια της θερμόσφαιρας η πυκνότητα είναι 1,8 × 10 -8 g / cm 3, τότε στο πάνω είναι ήδη 1,8 × 10 -15 g / cm 3, που αντιστοιχεί περίπου σε 10 εκατομμύρια - 1 δισεκατομμύριο σωματίδια σε 1 cm 3 .

Όλα τα χαρακτηριστικά της θερμόσφαιρας, όπως η σύνθεση του αέρα, η θερμοκρασία, η πυκνότητά του, υπόκεινται σε έντονες διακυμάνσεις: ανάλογα με τη γεωγραφική θέση, την εποχή του έτους και την ώρα της ημέρας. Ακόμη και η θέση του άνω ορίου της θερμόσφαιρας αλλάζει.

Το ανώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας ονομάζεται εξώσφαιρα ή στρώμα σκέδασης. Το κατώτερο όριο του αλλάζει συνεχώς μέσα σε πολύ μεγάλα όρια. Ως μέση τιμή λήφθηκε το ύψος των 690-800 km. Ρυθμίζεται εκεί όπου μπορεί να αγνοηθεί η πιθανότητα διαμοριακών ή διατομικών συγκρούσεων, δηλ. η μέση απόσταση που θα καλύψει ένα χαοτικά κινούμενο μόριο πριν συγκρουστεί με ένα άλλο παρόμοιο μόριο (το λεγόμενο ελεύθερο μονοπάτι) θα είναι τόσο μεγάλη που, στην πραγματικότητα, τα μόρια δεν θα συγκρουστούν με πιθανότητα κοντά στο μηδέν. Το στρώμα όπου λαμβάνει χώρα το περιγραφόμενο φαινόμενο ονομάζεται θερμόπαυση.

Το ανώτερο όριο της εξώσφαιρας βρίσκεται σε υψόμετρα 2-3 χιλιάδων χιλιομέτρων. Είναι έντονα θολή και σταδιακά περνά στο κοντινό διαστημικό κενό. Μερικές φορές, για το λόγο αυτό, η εξώσφαιρα θεωρείται μέρος του διαστήματος και το ανώτερο όριο της θεωρείται ότι είναι ένα ύψος 190 χιλιομέτρων, στο οποίο η επίδραση της πίεσης της ηλιακής ακτινοβολίας στην ταχύτητα των ατόμων υδρογόνου υπερβαίνει τη βαρυτική έλξη η γη. Αυτό είναι το λεγόμενο. το στέμμα της γης, το οποίο αποτελείται από άτομα υδρογόνου. Η πυκνότητα του στέμματος της γης είναι πολύ χαμηλή: μόνο 1000 σωματίδια ανά κυβικό εκατοστό, αλλά ακόμη και αυτός ο αριθμός είναι περισσότερο από 10 φορές υψηλότερος από τη συγκέντρωση των σωματιδίων στον διαπλανητικό χώρο.

Λόγω του εξαιρετικά σπάνιου αέρα της εξώσφαιρας, τα σωματίδια κινούνται γύρω από τη Γη σε ελλειπτικές τροχιές χωρίς να συγκρούονται μεταξύ τους. Μερικοί από αυτούς, κινούμενοι κατά μήκος ανοικτών ή υπερβολικών τροχιών με κοσμικές ταχύτητες (άτομα υδρογόνου και ηλίου), εγκαταλείπουν την ατμόσφαιρα και πηγαίνουν στο διάστημα, γι' αυτό η εξώσφαιρα ονομάζεται σφαίρα σκέδασης.

Ο χώρος είναι γεμάτος ενέργεια. Η ενέργεια γεμίζει το χώρο άνισα. Υπάρχουν σημεία συγκέντρωσης και εκφόρτισής του. Με αυτόν τον τρόπο μπορείτε να υπολογίσετε την πυκνότητα. Ο πλανήτης είναι ένα διατεταγμένο σύστημα, με τη μέγιστη πυκνότητα της ύλης στο κέντρο και με σταδιακή μείωση της συγκέντρωσης προς την περιφέρεια. Οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης καθορίζουν την κατάσταση της ύλης, τη μορφή με την οποία υπάρχει. Η Φυσική περιγράφει την κατάσταση συσσωμάτωσης ουσιών: στερεά, υγρά, αέρια κ.λπ.

Η ατμόσφαιρα είναι το αέριο μέσο που περιβάλλει τον πλανήτη. Η ατμόσφαιρα της Γης επιτρέπει την ελεύθερη κίνηση και επιτρέπει στο φως να περάσει μέσα, δημιουργώντας έναν χώρο στον οποίο ευδοκιμεί η ζωή.


Η περιοχή από την επιφάνεια της γης σε ύψος περίπου 16 χιλιομέτρων (λιγότερο από τον ισημερινό μέχρι τους πόλους, εξαρτάται επίσης από την εποχή) ονομάζεται τροπόσφαιρα. Η τροπόσφαιρα είναι το στρώμα που περιέχει περίπου το 80% του αέρα στην ατμόσφαιρα και σχεδόν το σύνολο των υδρατμών. Εδώ συμβαίνουν οι διαδικασίες που διαμορφώνουν τον καιρό. Η πίεση και η θερμοκρασία μειώνονται με το ύψος. Ο λόγος για τη μείωση της θερμοκρασίας του αέρα είναι μια αδιαβατική διαδικασία, όταν το αέριο διαστέλλεται, ψύχεται. Στο ανώτερο όριο της τροπόσφαιρας, οι τιμές μπορεί να φτάσουν τους -50, -60 βαθμούς Κελσίου.

Ακολουθεί η Στρατόσφαιρα. Εκτείνεται έως και 50 χιλιόμετρα. Σε αυτό το στρώμα της ατμόσφαιρας, η θερμοκρασία αυξάνεται με το ύψος, αποκτώντας μια τιμή στο ανώτερο σημείο περίπου 0 C. Η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλείται από τη διαδικασία απορρόφησης των υπεριωδών ακτίνων από το στρώμα του όζοντος. Η ακτινοβολία προκαλεί χημική αντίδραση. Τα μόρια οξυγόνου διασπώνται σε μεμονωμένα άτομα που μπορούν να συνδυαστούν με κανονικά μόρια οξυγόνου για να σχηματίσουν όζον.

Η ακτινοβολία από τον ήλιο με μήκη κύματος μεταξύ 10 και 400 νανόμετρα ταξινομείται ως υπεριώδης. Όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος της υπεριώδους ακτινοβολίας, τόσο μεγαλύτερος είναι ο κίνδυνος για τους ζωντανούς οργανισμούς. Μόνο ένα μικρό κλάσμα της ακτινοβολίας φτάνει στην επιφάνεια της Γης, επιπλέον, το λιγότερο ενεργό μέρος του φάσματος της. Αυτό το χαρακτηριστικό της φύσης επιτρέπει σε ένα άτομο να αποκτήσει ένα υγιές μαύρισμα στον ήλιο.

Το επόμενο στρώμα της ατμόσφαιρας ονομάζεται Μεσόσφαιρα. Όρια από περίπου 50 km έως 85 km. Στη μεσόσφαιρα, η συγκέντρωση του όζοντος, που θα μπορούσε να παγιδεύσει την υπεριώδη ενέργεια, είναι χαμηλή, οπότε η θερμοκρασία αρχίζει να πέφτει ξανά με το ύψος. Στο σημείο αιχμής, η θερμοκρασία πέφτει στους -90 C, ορισμένες πηγές αναφέρουν μια τιμή -130 C. Οι περισσότεροι μετεωροειδή καίγονται σε αυτό το στρώμα της ατμόσφαιρας.

Το στρώμα της ατμόσφαιρας που εκτείνεται από ύψος 85 km σε απόσταση 600 km από τη Γη ονομάζεται Θερμόσφαιρα. Η θερμόσφαιρα είναι η πρώτη που συναντά την ηλιακή ακτινοβολία, συμπεριλαμβανομένης της λεγόμενης υπεριώδους κενού.

Η υπεριώδης ακτινοβολία κενού καθυστερεί από τον αέρα, θερμαίνοντας έτσι αυτό το στρώμα της ατμόσφαιρας σε τεράστιες θερμοκρασίες. Ωστόσο, δεδομένου ότι η πίεση εδώ είναι εξαιρετικά χαμηλή, αυτό το φαινομενικά πυρακτωμένο αέριο δεν έχει την ίδια επίδραση στα αντικείμενα όπως έχει υπό συνθήκες στην επιφάνεια της γης. Αντίθετα, τα αντικείμενα που τοποθετούνται σε τέτοιο περιβάλλον θα κρυώσουν.

Σε υψόμετρο 100 χλμ. διέρχεται η υπό όρους γραμμή «Κάρμαν γραμμή», που θεωρείται η αρχή του διαστήματος.

λαμβάνουν χώρα στη θερμόσφαιρα σέλας. Σε αυτό το στρώμα της ατμόσφαιρας, ο ηλιακός άνεμος αλληλεπιδρά με το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη.

Το τελευταίο στρώμα της ατμόσφαιρας είναι η Εξώσφαιρα, ένα εξωτερικό κέλυφος που εκτείνεται για χιλιάδες χιλιόμετρα. Η εξώσφαιρα είναι πρακτικά ένα κενό μέρος, ωστόσο, ο αριθμός των ατόμων που περιπλανώνται εδώ είναι μια τάξη μεγέθους μεγαλύτερος από ό,τι στον διαπλανητικό χώρο.

Το άτομο αναπνέει αέρα. κανονική πίεση- 760 χιλιοστά υδραργύρου. Σε υψόμετρο 10.000 m, η πίεση είναι περίπου 200 mm. rt. Τέχνη. Σε αυτό το υψόμετρο, ένα άτομο μπορεί πιθανώς να αναπνεύσει, τουλάχιστον όχι για μεγάλο χρονικό διάστημα, αλλά αυτό απαιτεί προετοιμασία. Το κράτος προφανώς θα είναι ανενεργό.

Η σύνθεση αερίου της ατμόσφαιρας: 78% άζωτο, 21% οξυγόνο, περίπου ένα τοις εκατό αργό, όλα τα άλλα είναι ένα μείγμα αερίων που αντιπροσωπεύουν το μικρότερο κλάσμα του συνόλου.


Εγκυκλοπαιδικό YouTube

    1 / 5

    ✪ Γη ΔΙΑΣΤΗΜΟΠΛΟΙΟ(Επεισόδιο 14) - Atmosphere

    ✪ Γιατί δεν τραβήχτηκε η ατμόσφαιρα στο κενό του διαστήματος;

    ✪ Είσοδος στη γήινη ατμόσφαιρα του διαστημικού σκάφους "Soyuz TMA-8"

    ✪ Δομή της ατμόσφαιρας, νόημα, μελέτη

    ✪ O. S. Ugolnikov "Ανώτερη ατμόσφαιρα. Συνάντηση της Γης και του Διαστήματος"

    Υπότιτλοι

Όριο ατμόσφαιρας

Ως ατμόσφαιρα θεωρείται η περιοχή γύρω από τη Γη στην οποία το αέριο μέσο περιστρέφεται μαζί με τη Γη ως σύνολο. Η ατμόσφαιρα περνά στον διαπλανητικό χώρο σταδιακά, στην εξώσφαιρα, ξεκινώντας από υψόμετρο 500-1000 km από την επιφάνεια της Γης.

Σύμφωνα με τον ορισμό που προτείνει η Διεθνής Ομοσπονδία Αεροπορίας, το όριο μεταξύ της ατμόσφαιρας και του διαστήματος χαράσσεται κατά μήκος της γραμμής Karmana, που βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 100 km, πάνω από την οποία οι αεροπορικές πτήσεις γίνονται εντελώς αδύνατες. Η NASA χρησιμοποιεί το σήμα των 122 χιλιομέτρων (400.000 πόδια) ως το όριο της ατμόσφαιρας, όπου τα λεωφορεία μεταβαίνουν από ελιγμούς πρόωσης σε αεροδυναμικούς ελιγμούς.

Φυσικές ιδιότητες

Εκτός από τα αέρια που αναφέρονται στον πίνακα, η ατμόσφαιρα περιέχει Cl 2 (\displaystyle (\ce (Cl2))) , SO 2 (\displaystyle (\ce (SO2))) , NH 3 (\displaystyle (\ce (NH3))) , CO (\displaystyle ((\ce (CO)))) , O 3 (\displaystyle ((\ce (O3)))) , NO 2 (\displaystyle (\ce (NO2))), υδρογονάνθρακες , HCl (\displaystyle (\ce (HCl))) , HF (\displaystyle (\ce (HF))) , HBr (\displaystyle (\ce (HBr))) , HI (\displaystyle ((\ce (HI)))), ζευγάρια Hg (\displaystyle (\ce (Hg))) , I 2 (\displaystyle (\ce (I2))) , Br 2 (\displaystyle (\ce (Br2))), καθώς και πολλά άλλα αέρια σε μικρές ποσότητες. Στην τροπόσφαιρα υπάρχει συνεχώς μεγάλη ποσότητα αιωρούμενων στερεών και υγρών σωματιδίων (αεροζόλ). Το πιο σπάνιο αέριο στην ατμόσφαιρα της Γης είναι Rn (\displaystyle (\ce (Rn))) .

Η δομή της ατμόσφαιρας

οριακό στρώμα της ατμόσφαιρας

Το κατώτερο στρώμα της τροπόσφαιρας (πάχος 1-2 km), στο οποίο η κατάσταση και οι ιδιότητες της επιφάνειας της Γης επηρεάζουν άμεσα τη δυναμική της ατμόσφαιρας.

Τροποσφαίρα

Το ανώτερο όριο του είναι σε υψόμετρο 8-10 km σε πολικά, 10-12 km σε εύκρατα και 16-18 km σε τροπικά γεωγραφικά πλάτη. χαμηλότερο το χειμώνα από το καλοκαίρι.
Το κατώτερο, κύριο στρώμα της ατμόσφαιρας περιέχει περισσότερο από το 80% της συνολικής μάζας του ατμοσφαιρικού αέρα και περίπου το 90% όλων των υδρατμών που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα. Οι αναταράξεις και η συναγωγή αναπτύσσονται έντονα στην τροπόσφαιρα, εμφανίζονται σύννεφα, αναπτύσσονται κυκλώνες και αντικυκλώνες. Η θερμοκρασία μειώνεται με το υψόμετρο με μέση κατακόρυφη κλίση 0,65°/100 μέτρα.

τροπόπαυση

Το μεταβατικό στρώμα από την τροπόσφαιρα στη στρατόσφαιρα, το στρώμα της ατμόσφαιρας στο οποίο σταματά η μείωση της θερμοκρασίας με το ύψος.

Στρατόσφαιρα

Το στρώμα της ατμόσφαιρας βρίσκεται σε υψόμετρο 11 έως 50 χλμ. Μια ελαφρά αλλαγή στη θερμοκρασία στο στρώμα 11-25 km (κατώτερο στρώμα της στρατόσφαιρας) και η αύξησή του στο στρώμα 25-40 km από μείον 56,5 σε συν 0,8 °C (άνω στρατόσφαιρα ή περιοχή αναστροφής) είναι χαρακτηριστικές. Έχοντας φτάσει σε μια τιμή περίπου 273 K (σχεδόν 0 °C) σε υψόμετρο περίπου 40 km, η θερμοκρασία παραμένει σταθερή μέχρι υψόμετρο περίπου 55 km. Αυτή η περιοχή σταθερής θερμοκρασίας ονομάζεται στρατόπαυση και είναι το όριο μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας.

Στρατόπαυση

οριακό στρώμαατμόσφαιρα μεταξύ της στρατόσφαιρας και της μεσόσφαιρας. Υπάρχει μέγιστο στην κατακόρυφη κατανομή θερμοκρασίας (περίπου 0 °C).

Μεσόσφαιρα

Θερμόσφαιρα

Το ανώτατο όριο είναι περίπου 800 χλμ. Η θερμοκρασία ανεβαίνει σε υψόμετρα 200-300 km, όπου φτάνει σε τιμές της τάξης των 1500 K, μετά την οποία παραμένει σχεδόν σταθερή μέχρι τα μεγάλα υψόμετρα. Υπό τη δράση της ηλιακής ακτινοβολίας και της κοσμικής ακτινοβολίας, ο αέρας ιονίζεται ("πολικά φώτα") - οι κύριες περιοχές της ιονόσφαιρας βρίσκονται μέσα στη θερμόσφαιρα. Σε υψόμετρα άνω των 300 χλμ. κυριαρχεί το ατομικό οξυγόνο. Το ανώτερο όριο της θερμόσφαιρας καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την τρέχουσα δραστηριότητα του Ήλιου. Σε περιόδους χαμηλής δραστηριότητας - για παράδειγμα, το 2008-2009 - παρατηρείται αισθητή μείωση στο μέγεθος αυτού του στρώματος.

Θερμόπαυση

Η περιοχή της ατμόσφαιρας πάνω από τη θερμόσφαιρα. Σε αυτή την περιοχή, η απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας είναι ασήμαντη και η θερμοκρασία δεν αλλάζει ουσιαστικά με το ύψος.

Εξώσφαιρα (σφαίρα σκέδασης)

Σε ύψος 100 km, η ατμόσφαιρα είναι ένα ομοιογενές, καλά αναμεμειγμένο μείγμα αερίων. Στα υψηλότερα στρώματα, η κατανομή των αερίων σε ύψος εξαρτάται από τις μοριακές τους μάζες, η συγκέντρωση των βαρύτερων αερίων μειώνεται ταχύτερα με την απόσταση από την επιφάνεια της Γης. Λόγω της μείωσης της πυκνότητας του αερίου, η θερμοκρασία πέφτει από 0 °C στη στρατόσφαιρα σε μείον 110 °C στη μεσόσφαιρα. Ωστόσο, η κινητική ενέργεια των μεμονωμένων σωματιδίων σε υψόμετρα 200-250 km αντιστοιχεί σε θερμοκρασία ~ 150 °C. Πάνω από 200 km, παρατηρούνται σημαντικές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία και την πυκνότητα των αερίων στο χρόνο και στο χώρο.

Σε υψόμετρο περίπου 2000-3500 km, η εξώσφαιρα περνά σταδιακά στο λεγόμενο κοντά στο διαστημικό κενό, το οποίο είναι γεμάτο με σπάνια σωματίδια διαπλανητικού αερίου, κυρίως άτομα υδρογόνου. Αλλά αυτό το αέριο είναι μόνο μέρος της διαπλανητικής ύλης. Το άλλο μέρος αποτελείται από σωματίδια που μοιάζουν με σκόνη, κομητικής και μετεωρικής προέλευσης. Εκτός από τα εξαιρετικά σπάνια σωματίδια που μοιάζουν με σκόνη, η ηλεκτρομαγνητική και σωματική ακτινοβολία ηλιακής και γαλαξιακής προέλευσης διεισδύει σε αυτόν τον χώρο.

Ανασκόπηση

Η τροπόσφαιρα αντιπροσωπεύει περίπου το 80% της μάζας της ατμόσφαιρας, η στρατόσφαιρα αντιπροσωπεύει περίπου το 20%. η μάζα της μεσόσφαιρας δεν είναι μεγαλύτερη από 0,3%, η θερμόσφαιρα είναι μικρότερη από το 0,05% της συνολικής μάζας της ατμόσφαιρας.

Με βάση τις ηλεκτρικές ιδιότητες στην ατμόσφαιρα, εκπέμπουν η ουδετερόσφαιρακαι ιονόσφαιρα .

Ανάλογα με τη σύσταση του αερίου στην ατμόσφαιρα, εκπέμπουν ομόσφαιρακαι ετερόσφαιρα. ετερόσφαιρα- πρόκειται για μια περιοχή όπου η βαρύτητα επηρεάζει τον διαχωρισμό των αερίων, αφού η ανάμειξή τους σε τέτοιο ύψος είναι αμελητέα. Ως εκ τούτου ακολουθεί η μεταβλητή σύνθεση της ετερόσφαιρας. Κάτω από αυτό βρίσκεται ένα καλά αναμεμειγμένο, ομοιογενές μέρος της ατμόσφαιρας, που ονομάζεται ομοσφαίρα. Το όριο μεταξύ αυτών των στρωμάτων ονομάζεται turbopause, βρίσκεται σε υψόμετρο περίπου 120 km.

Άλλες ιδιότητες της ατμόσφαιρας και επιπτώσεις στο ανθρώπινο σώμα

Ήδη σε υψόμετρο 5 χιλιομέτρων πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, ένα μη εκπαιδευμένο άτομο εμφανίζει πείνα με οξυγόνο και χωρίς προσαρμογή, η απόδοση ενός ατόμου μειώνεται σημαντικά. Εδώ τελειώνει η φυσιολογική ζώνη της ατμόσφαιρας. Η ανθρώπινη αναπνοή γίνεται αδύνατη σε υψόμετρο 9 km, αν και μέχρι περίπου 115 km η ατμόσφαιρα περιέχει οξυγόνο.

Η ατμόσφαιρα μας παρέχει το οξυγόνο που χρειαζόμαστε για να αναπνεύσουμε. Ωστόσο, λόγω της πτώσης της συνολικής πίεσης της ατμόσφαιρας καθώς ανεβαίνετε σε ένα ύψος, η μερική πίεση του οξυγόνου επίσης μειώνεται ανάλογα.

Ιστορία του σχηματισμού της ατμόσφαιρας

Σύμφωνα με την πιο κοινή θεωρία, η ατμόσφαιρα της Γης ήταν σε τρεις διάφορα σκευάσματα. Αρχικά, αποτελούνταν από ελαφρά αέρια (υδρογόνο και ήλιο) που συλλαμβάνονταν από τον διαπλανητικό χώρο. Αυτό το λεγόμενο πρωταρχική ατμόσφαιρα. Στο επόμενο στάδιο, η ενεργή ηφαιστειακή δραστηριότητα οδήγησε στον κορεσμό της ατμόσφαιρας με αέρια εκτός του υδρογόνου (διοξείδιο του άνθρακα, αμμωνία, υδρατμοί). Ετσι δευτερεύουσα ατμόσφαιρα. Αυτή η ατμόσφαιρα ήταν αναζωογονητική. Επιπλέον, η διαδικασία σχηματισμού της ατμόσφαιρας προσδιορίστηκε από τους ακόλουθους παράγοντες:

  • διαρροή ελαφρών αερίων (υδρογόνο και ήλιο) στον διαπλανητικό χώρο.
  • χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα υπό την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας, των κεραυνών και ορισμένων άλλων παραγόντων.

Σταδιακά, αυτοί οι παράγοντες οδήγησαν στο σχηματισμό τριτογενής ατμόσφαιρα, που χαρακτηρίζεται από πολύ χαμηλότερη περιεκτικότητα σε υδρογόνο και πολύ μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε άζωτο και διοξείδιο του άνθρακα (που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα χημικών αντιδράσεων από αμμωνία και υδρογονάνθρακες).

Αζωτο

Ο σχηματισμός μεγάλης ποσότητας αζώτου οφείλεται στην οξείδωση της ατμόσφαιρας αμμωνίας-υδρογόνου από μοριακό οξυγόνο O 2 (\displaystyle (\ce (O2))), που άρχισε να προέρχεται από την επιφάνεια του πλανήτη ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, ξεκινώντας από 3 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Επίσης άζωτο N 2 (\displaystyle (\ce (N2)))απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα της απονιτροποίησης των νιτρικών και άλλων ενώσεων που περιέχουν άζωτο. Το άζωτο οξειδώνεται από το όζον σε ΟΧΙ (\displaystyle ((\ce (NO))))στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας.

Αζωτο N 2 (\displaystyle (\ce (N2)))εισέρχεται σε αντιδράσεις μόνο υπό συγκεκριμένες συνθήκες (για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια εκκένωσης κεραυνού). Η οξείδωση του μοριακού αζώτου από το όζον κατά τις ηλεκτρικές εκκενώσεις χρησιμοποιείται σε μικρές ποσότητες στη βιομηχανική παραγωγή αζωτούχων λιπασμάτων. Μπορεί να οξειδωθεί με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και να μετατραπεί σε βιολογικά ενεργή μορφή από κυανοβακτήρια (γαλαζοπράσινα φύκια) και οζώδη βακτήρια που σχηματίζουν ριζοβιακή συμβίωση με τα όσπρια, τα οποία μπορούν να είναι αποτελεσματικά φυτά πράσινης λίπανσης που δεν καταστρέφουν, αλλά εμπλουτίζουν το έδαφος με φυσικά λιπάσματα.

Οξυγόνο

Η σύνθεση της ατμόσφαιρας άρχισε να αλλάζει ριζικά με την έλευση των ζωντανών οργανισμών στη Γη, ως αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, που συνοδεύτηκε από την απελευθέρωση οξυγόνου και την απορρόφηση διοξειδίου του άνθρακα. Αρχικά, το οξυγόνο ξοδεύτηκε για την οξείδωση ανηγμένων ενώσεων - αμμωνίας, υδρογονανθράκων, της σιδηρούχου μορφής σιδήρου που περιέχεται στους ωκεανούς και άλλων. Στο τέλος αυτού του σταδίου, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα άρχισε να αυξάνεται. Σταδιακά, σχηματίστηκε μια σύγχρονη ατμόσφαιρα με οξειδωτικές ιδιότητες. Δεδομένου ότι αυτό προκάλεσε σοβαρές και απότομες αλλαγές σε πολλές διεργασίες που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα, τη λιθόσφαιρα και τη βιόσφαιρα, αυτό το γεγονός ονομάστηκε Καταστροφή Οξυγόνου.

ευγενή αέρια

Μόλυνση του αέρα

Πρόσφατα, ο άνθρωπος έχει αρχίσει να επηρεάζει την εξέλιξη της ατμόσφαιρας. Το αποτέλεσμα της ανθρώπινης δραστηριότητας ήταν μια συνεχής αύξηση της περιεκτικότητας σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα λόγω της καύσης καυσίμων υδρογονανθράκων που συσσωρεύτηκαν σε προηγούμενες γεωλογικές εποχές. Τεράστιες ποσότητες καταναλώνονται στη φωτοσύνθεση και απορροφώνται από τους ωκεανούς του κόσμου. Αυτό το αέριο εισέρχεται στην ατμόσφαιρα λόγω της αποσύνθεσης ανθρακικών πετρωμάτων και οργανικών ουσιών φυτικής και ζωικής προέλευσης, καθώς και λόγω ηφαιστειακών και ανθρώπινων παραγωγικών δραστηριοτήτων. Περιεχόμενο τα τελευταία 100 χρόνια CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2)))στην ατμόσφαιρα αυξήθηκε κατά 10%, με το κύριο μέρος (360 δισεκατομμύρια τόνοι) να προέρχεται από την καύση καυσίμου. Εάν ο ρυθμός αύξησης της καύσης καυσίμου συνεχιστεί, τότε στα επόμενα 200-300 χρόνια το ποσό CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2)))διπλασιάζεται στην ατμόσφαιρα και μπορεί να οδηγήσει σε