Какво е атмосфера накратко. Какво е атмосферата? Земната атмосфера: структура, значение

Структурата на земната атмосфера

Атмосферата е газообразната обвивка на Земята със съдържащи се в нея аерозолни частици, които се движат заедно със Земята в световното пространство като цяло и в същото време участват в въртенето на Земята. В дъното на атмосферата животът ни се развива предимно.

Почти всички планети на нашата слънчева система имат свои собствени атмосфери, но само земната атмосфера е в състояние да поддържа живота.

Когато нашата планета се формира преди 4,5 милиарда години, тогава, очевидно, тя беше лишена от атмосфера. Атмосферата се формира в резултат на вулканични емисии на водни пари с примеси на въглероден диоксид, азот и други химикали от недрата на младата планета. Но атмосферата може да съдържа ограничено количество влага, така че нейният излишък в резултат на кондензация е дал началото на океаните. Но тогава атмосферата беше лишена от кислород. Първите живи организми, възникнали и развити в океана, в резултат на реакцията на фотосинтеза (H 2 O + CO 2 \u003d CH 2 O + O 2), започват да отделят малки порции кислород, който започва да навлиза в атмосферата.

Образуването на кислород в земната атмосфера доведе до образуването на озоновия слой на височини около 8 - 30 км. И по този начин нашата планета е придобила защита от разрушителните ефекти на ултравиолетовите изследвания. Това обстоятелство послужи като тласък за по-нататъшното развитие на формите на живот на Земята, защото В резултат на засилената фотосинтеза количеството кислород в атмосферата започва да расте бързо, което допринася за формирането и поддържането на форми на живот, включително на сушата.

Днес нашата атмосфера е 78,1% азот, 21% кислород, 0,9% аргон, 0,04% въглероден диоксид. Неон, хелий, метан и криптон представляват много малки фракции в сравнение с основните газове.

Частиците газ, съдържащи се в атмосферата, се влияят от гравитационната сила на Земята. И като се има предвид, че въздухът е компресиран, тогава плътността му постепенно намалява с височината, преминавайки в космоса без ясна граница. Половината от цялата маса на земната атмосфера е концентрирана в долните 5 км, три четвърти - в долните 10 км, девет десети - в долните 20 км. 99% от масата на земната атмосфера е съсредоточена под височина от 30 км и това е само 0,5% от екваториалния радиус на нашата планета.

На морското равнище броят на атомите и молекулите на кубичен сантиметър въздух е около 2 * 10 19, на надморска височина от 600 км само 2 * 10 7. На морското равнище атом или молекула лети около 7 * 10 -6 см, преди да се сблъска с друга частица. На надморска височина от 600 км това разстояние е около 10 км. А на морското равнище има около 7 * 10 9 такива сблъсъка всяка секунда, на височина 600 км - само около един в минута!

Но не само натискът се променя с надморска височина. Температурата също се променя. Така например, в подножието на висока планина може да бъде доста горещо, докато върхът на планината е покрит със сняг и температурата там е в същото време под нулата. И щом се изкачите със самолет на височина около 10-11 км, можете да чуете съобщение, че е -50 градуса зад борда, докато на повърхността на земята е 60-70 градуса по-топло ...

Първоначално учените предполагаха, че температурата намалява с височината, докато достигне абсолютната нула (-273,16 ° C). Но това не е така.

Земната атмосфера се състои от четири слоя: тропосфера, стратосфера, мезосфера, йоносфера (термосфера). Това разделяне на слоеве също се взема въз основа на данни за температурните промени с височина. Най-ниският слой, където температурата на въздуха пада с височина, се нарича тропосфера. Слоят над тропосферата, където спадът на температурата спира, отстъпва място на изотермата и накрая температурата започва да се повишава, се нарича стратосфера. Слоят над стратосферата, в който температурата отново бързо пада, е мезосферата. И накрая, слоят, където температурата отново се повишава, се нарича йоносфера или термосфера.

Тропосферата се простира средно в долните 12 км. Именно в него се формира нашето време. Най-високите облаци (цируси) се образуват в най-горните слоеве на тропосферата. Температурата в тропосферата намалява адиабатно с височината, т.е. изменението на температурата се дължи на намаляване на налягането с височина. Температурният профил на тропосферата се дължи до голяма степен на постъпващата слънчева радиация на повърхността на Земята. В резултат на нагряването на повърхността на Земята от Слънцето се образуват конвективни и турбулентни потоци, насочени нагоре, които формират времето. Струва си да се отбележи, че влиянието на подлежащата повърхност върху долните слоеве на тропосферата се простира до надморска височина от около 1,5 км. Разбира се, с изключение на планинските райони.

Горната граница на тропосферата е тропопаузата - изотермичен слой. Спомнете си характерния тип гръмотевични облаци, чийто връх представлява „изблик“ на циррусни облаци, наречен „наковалня“. Тази "наковалня" просто се "разпространява" под тропопаузата, защото поради изотермата възходящите въздушни течения значително отслабват и облакът престава да се развива вертикално. Но в специални, редки случаи върховете на купесто-облачните облаци могат да нахлуят в долните слоеве на стратосферата, преодолявайки тропопаузата.

Височината на тропопаузата зависи от географската ширина. И така, на екватора, той се намира на надморска височина от около 16 км, а температурата му е около -80 ° С. На полюсите тропопаузата се намира отдолу - на височина 8 км. Нейната температура тук е –40 ° C през лятото и –60 ° C през зимата. По този начин, въпреки по-високите температури на повърхността на Земята, тропическата тропопауза е много по-студена, отколкото на полюсите.

Газовата обвивка, която заобикаля нашата планета Земя, известна като атмосфера, се състои от пет основни слоя. Тези слоеве произхождат от повърхността на планетата, от морското равнище (понякога отдолу) и се издигат до космическото пространство в следната последователност:

• Тропосфера;
• Стратосфера;
• Мезосфера;
• Термосфера;
• Екзосфера.

Диаграма на основните слоеве на земната атмосфера

Между всеки от тези пет основни слоя има преходни зони, наречени "паузи", където се появяват промени в температурата, състава и плътността на въздуха. Заедно с паузите, земната атмосфера включва общо 9 слоя.

Тропосфера: там, където се случва времето

От всички слоеве на атмосферата тропосферата е тази, с която сме най-запознати (независимо дали осъзнавате или не), тъй като живеем в дъното й - повърхността на планетата. Той обгръща повърхността на Земята и се простира нагоре за няколко километра. Думата тропосфера означава „промяна на земното кълбо“. Много подходящо име, тъй като този слой е мястото, където се провежда нашето ежедневие.

Започвайки от повърхността на планетата, тропосферата се издига на височина от 6 до 20 км. Долната трета на слоя, най-близо до нас, съдържа 50% от всички атмосферни газове. Това е единствената част от целия състав на атмосферата, която диша. Поради факта, че въздухът се загрява отдолу от земната повърхност, която поглъща термална енергия Слънцето, с увеличаване на надморската височина, температурата и налягането на тропосферата намаляват.

В горната част има тънък слой, наречен тропопауза, който е просто буфер между тропосферата и стратосферата.

Стратосфера: дом на озона

Стратосферата е следващият слой на атмосферата. Простира се от 6-20 км до 50 км над земната повърхност. Това е слоят, в който летят повечето търговски самолети и пътуват балони с горещ въздух.

Тук въздухът не тече нагоре и надолу, а се движи успоредно на повърхността с много бързи въздушни течения. Докато се изкачвате, температурите се повишават, благодарение на изобилието от естествен озон (O 3), страничен продукт от слънчевата радиация и кислород, който има способността да абсорбира вредните слънчеви ултравиолетови лъчи (всяко повишаване на температурата с надморска височина в метеорологията е известно като „инверсия“) ...

Тъй като стратосферата има по-топли температури отдолу и по-хладни отгоре, конвекция (вертикални движения въздушни маси) е рядкост в тази част на атмосферата. Всъщност можете да видите буря, бушуваща в тропосферата от стратосферата, тъй като слоят действа като конвекционна „шапка“, през която буреносните облаци не могат да проникнат.

След стратосферата отново има буферен слой, този път наречен стратопауза.

Мезосфера: средна атмосфера

Мезосферата се намира на около 50-80 км от повърхността на Земята. Горната мезосфера е най-студеното естествено място на Земята, където температурите могат да спаднат под -143 ° C.

Термосфера: горни слоеве на атмосферата

Мезосферата и мезопаузата са последвани от термосферата, разположена между 80 и 700 км над повърхността на планетата и съдържа по-малко от 0,01% от целия въздух в атмосферната обвивка. Тук температурите достигат до + 2000 ° C, но поради силното разреждане на въздуха и липсата на газови молекули за пренос на топлина, тези високи температури се възприемат като много студени.

Екзосфера: границата на атмосферата и пространството

На надморска височина от около 700-10000 км над земната повърхност има екзосфера - външният ръб на атмосферата, граничещ с космоса. Тук метеорологичните спътници се въртят около Земята.

Какво ще кажете за йоносферата?

Йоносферата не е отделен слой, но всъщност терминът се използва за означаване на атмосферата на височина от 60 до 1000 км. Той включва най-горните части на мезосферата, цялата термосфера и част от екзосферата. Йоносферата получава името си, тъй като в тази част на атмосферата лъчението от Слънцето се йонизира, когато преминава върху магнитните полета на Земята и. Това явление се наблюдава от земята като северното сияние.

Трябва да се каже, че структурата и съставът на земната атмосфера не винаги са били постоянни стойности по едно или друго време в развитието на нашата планета. Днес вертикалната структура на този елемент, който има обща "дебелина" 1,5-2,0 хиляди км, е представена от няколко основни слоя, включително:

1. Тропосфера.
2. Тропопауза.
3. Стратосфера.
4. Стратопауза.
5. Мезосфера и мезопауза.
6. Термосфера.
7. Екзосфера.

Основни елементи на атмосферата

Тропосферата е слой, в който се наблюдават силни вертикални и хоризонтални движения, тук е времето, седиментни явления, климатични условия... Той се простира на 7-8 километра от повърхността на планетата почти навсякъде, с изключение на полярните региони (до 15 км там). В тропосферата има постепенно понижаване на температурата с приблизително 6,4 ° C с всеки километър надморска височина. Тази цифра може да се различава за различните географски ширини и сезони.

Съставът на земната атмосфера в тази част е представен от следните елементи и техните проценти:

Азот - около 78 процента;

Кислород - почти 21 процента;

Аргон - около един процент;

Въглероден диоксид - по-малко от 0,05%.

Единичен влак до 90 километра

Освен това тук можете да намерите прах, водни капчици, водни пари, продукти от горенето, ледени кристали, морски соли, много аерозолни частици и др. Такъв състав на земната атмосфера се наблюдава до около деветдесет километра височина, така че въздухът е приблизително еднакъв по химичен състав, не само в тропосферата, но също и в горните слоеве. Но атмосферата там има коренно различни физични свойства. Слоят, който има общ химичен съставсе нарича хомосфера.

Какви други елементи са включени в земната атмосфера? Като процент (по обем, на сух въздух), такива газове като криптон (около 1,14 х 10 -4), ксенон (8,7 х 10 -7), водород (5,0 х 10 -5), метан (около 1,7 х 10 - 4), азотен оксид (5,0 х 10 -5) и др. В тегловни проценти от изброените компоненти най-вече от азотен оксид и водород, последвани от хелий, криптон и др.

Физически свойства на различни атмосферни слоеве

Физическите свойства на тропосферата са тясно свързани с прилепването й към повърхността на планетата. От тук отразената слънчева топлина под формата на инфрачервени лъчи се насочва обратно нагоре, включително процесите на топлопроводимост и конвекция. Ето защо, с разстояние от земна повърхност температурата спада. Това явление се наблюдава до височината на стратосферата (11-17 километра), след това температурата става практически непроменена до 34-35 км, а след това температурата отново се повишава до височини от 50 километра (горната граница на стратосферата). Между стратосферата и тропосферата има тънък междинен слой на тропопаузата (до 1-2 км), където се наблюдават постоянни температури над екватора - около минус 70 ° С и по-долу. Над полюсите тропопаузата се "затопля" през лятото до минус 45 ° С, през зимата температурите тук се колебаят около -65 ° С.

Газовият състав на земната атмосфера включва такъв важен елемент като озон. Той е сравнително малък близо до повърхността (десет до минус шеста степен на процент), тъй като газът се образува под въздействието на слънчевата светлина от атомен кислород в горните части на атмосферата. По-специално, по-голямата част от озона е на надморска височина от около 25 км, а целият „озонов екран“ е разположен в райони от 7-8 км в областта на полюсите, от 18 км при екватора и общо до петдесет километра над повърхността на планетата.

Атмосферата предпазва от слънчева радиация

Съставът на въздуха на земната атмосфера играе много важна роля за запазването на живота, тъй като е индивидуален химични елементи и композициите успешно ограничават достъпа на слънчева радиация до земната повърхност и хората, животните и растенията, живеещи на нея. Например, молекулите на водната пара ефективно абсорбират почти всички инфрачервени диапазони, с изключение на дължини в диапазона от 8 до 13 микрона. Озонът абсорбира ултравиолетовата светлина до дължина на вълната 3100 А. Без неговия тънък слой (той ще бъде само 3 мм средно, ако е разположен на повърхността на планетата), могат да се обитават само води на дълбочина повече от 10 метра и подземни пещери, където слънчевата радиация не достига ...

Нула Целзий при стратопауза

Между следващите две нива на атмосферата, стратосферата и мезосферата, има забележителен слой - стратопаузата. Приблизително съответства на височината на озоновите максимуми и има относително комфортна температура за хората - около 0 ° C. Над стратопаузата, в мезосферата (започва някъде на височина 50 км и завършва на височина 80-90 км), отново има спад на температурите с нарастващо разстояние от повърхността на Земята (до минус 70-80 ° С). В мезосферата метеорите обикновено напълно изгарят.

В термосферата - плюс 2000 K!

Химичният състав на земната атмосфера в термосферата (започва след мезопаузата от височини около 85-90 до 800 км) определя възможността за такова явление като постепенно нагряване на слоеве от много разреден "въздух" под въздействието на слънчевата радиация. В тази част от „въздушния воал“ на планетата възникват температури от 200 до 2000 К, които се получават във връзка с йонизацията на кислорода (атомният кислород се намира над 300 км), както и рекомбинацията на кислородните атоми в молекули, придружени от отделянето на голямо количество топлина. Термосферата е произходът на полярните сияния.

Над термосферата се намира екзосферата - външният слой на атмосферата, от който леките и бързо движещи се водородни атоми могат да избягат в космоса. Химичният състав на земната атмосфера е представен тук повече от отделни кислородни атоми в долните слоеве, хелиеви атоми в средните и почти изключително от водородни атоми в горните. Тук преобладават високи температури - около 3000 К и няма атмосферно налягане.

Как се формира земната атмосфера?

Но, както беше споменато по-горе, планетата не винаги е имала такъв състав на атмосферата. Има три концепции за произхода на този елемент. Първата хипотеза предполага, че атмосферата е взета от протопланетен облак по време на аккреция. Днес обаче тази теория е обект на значителна критика, тъй като такава първична атмосфера е трябвало да бъде разрушена от слънчевия "вятър" от слънцето в нашата планетарна система. Освен това се предполага, че летливите елементи не могат да останат в зоната на формиране на земните планети поради твърде високи температури.

Съставът на първичната атмосфера на Земята, както предполага втората хипотеза, би могъл да се формира поради активното бомбардиране на повърхността от астероиди и комети, пристигнали от околностите на Слънчевата система в ранните етапи на развитие. Доста е трудно да се потвърди или отрече тази концепция.

Експериментирайте в IDG RAS

Третата хипотеза изглежда най-правдоподобна, която смята, че атмосферата се е появила в резултат на отделянето на газове от мантията на земната кора преди около 4 милиарда години. Тази концепция е проверена в Института по геология и геология на Руската академия на науките по време на експеримент, наречен "Царев 2", когато проба от метеорен материал се нагрява във вакуум. След това беше записано отделянето на газове като H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 и т. Н. Следователно учените основателно предположиха, че химическият състав на първичната атмосфера на Земята включва вода и въглероден диоксид, пари на водороден флуорид (HF), въглероден окис газ (CO), сероводород (H 2 S), азотни съединения, водород, метан (CH 4), амонячни пари (NH 3), аргон и др. Водните пари от първичната атмосфера участват в образуването на хидросферата, въглеродният диоксид се появява в по-голяма степен в свързано състояние в органично вещество и скали азотът премина в състава на съвременния въздух, а също така отново в седиментни скали и органични вещества.

Съставът на първичната атмосфера на Земята не би позволил съвременни хора да бъде в него без дихателен апарат, тъй като тогава нямаше кислород в необходимите количества. Смята се, че този елемент се е появил в значителни обеми преди един и половина милиарда години във връзка с развитието на процеса на фотосинтеза в синьо-зелени и други водорасли, които са най-древните обитатели на нашата планета.

Минимум кислород

Фактът, че първоначално съставът на земната атмосфера е почти безкислороден, показва фактът, че в най-древните (катахерски) скали се открива лесно окислен, но не и окислен графит (въглерод). Впоследствие така наречените лентови железни руди, който включваше слоеве обогатени железни оксиди, което означава появата на планетата на мощен източник на кислород в молекулярна форма. Но тези елементи се срещат само периодично (може би същите водорасли или други производители на кислород се появяват като малки острови в аноксичната пустиня), докато останалата част от света е анаеробна. Последното се подкрепя от факта, че е открит лесно окисляем пирит под формата на камъчета, обработени от потока без следи. химична реакция... Тъй като течащите води не могат да бъдат лошо аерирани, се твърди, че атмосферата преди камбрийската съдържала по-малко от един процент кислород от днешния състав.

Революционна промяна в състава на въздуха

Приблизително в средата на протерозоя (преди 1,8 милиарда години) се състоя „кислородната революция“, когато светът премина към аеробно дишане, по време на което една молекула хранителни вещества (глюкоза) можете да получите 38, а не две (както при анаеробното дишане) енергийни единици. Съставът на атмосферата на Земята, по отношение на кислорода, започва да надвишава един процент от настоящето, започва да се появява озонов слой, който предпазва организмите от радиация. Именно от нея древните животни като трилобитите се „скривали” под дебели черупки. Оттогава и до наши дни съдържанието на основния "дихателен" елемент постепенно и бавно се увеличава, осигурявайки разнообразно развитие на формите на живот на планетата.

10,045 × 10 3 J / (kg * K) (в температурния диапазон от 0-100 ° C), C v 8,3710 * 10 3 J / (kg * K) (0-1500 ° C). Разтворимостта на въздуха във вода при 0 ° С е 0,036%, при 25 ° С - 0,22%.

Състав на атмосферата

История на формирането на атмосферата

Ранна история

В момента науката не може да проследи с абсолютна точност всички етапи от формирането на Земята. Според най-широко разпространената теория атмосферата на Земята с течение на времето е била в четири различни състава. Първоначално се състоеше от леки газове (водород и хелий), уловени от междупланетното пространство. Това е т.нар първична атмосфера... На следващия етап активната вулканична активност доведе до насищане на атмосферата с други газове освен водород (въглеводороди, амоняк, водни пари). Така се формира вторична атмосфера... Атмосферата беше възстановителна. Освен това процесът на формиране на атмосферата се определя от следните фактори:

• постоянно изтичане на водород в междупланетното пространство;
• химични реакции, протичащи в атмосферата под въздействието на ултравиолетово лъчение, светкавични разряди и някои други фактори.

Постепенно тези фактори доведоха до формирането третична атмосфера, характеризиращ се с много по-ниско съдържание на водород и много по-високо съдържание на азот и въглероден диоксид (образуван в резултат на химични реакции от амоняк и въглеводороди).

Появата на живот и кислород

С появата на Земята на живи организми в резултат на фотосинтеза, придружена от отделянето на кислород и абсорбцията на въглероден диоксид, съставът на атмосферата започва да се променя. Съществуват обаче данни (анализ на изотопния състав на атмосферния кислород и отделени по време на фотосинтезата), които свидетелстват в полза на геоложкия произход на атмосферния кислород.

Първоначално кислородът се изразходва за окисляване на редуцирани съединения - въглеводороди, железната форма на желязото, съдържаща се в океаните и др. В края на този етап съдържанието на кислород в атмосферата започва да расте.

През 90-те години бяха проведени експерименти за създаване на затворена екологична система („Биосфера 2“), по време на която не беше възможно да се създаде стабилна система с един въздушен състав. Влиянието на микроорганизмите доведе до намаляване на нивата на кислород и увеличаване на количеството въглероден диоксид.

Азот

Образуването на голямо количество N 2 се дължи на окисляването на първичната амонячно-водородна атмосфера от молекулен O 2, който започва да тече от повърхността на планетата в резултат на фотосинтеза, както се предполага, преди около 3 милиарда години (според друга версия, атмосферният кислород е от геологичен произход). Азотът се окислява до NO в горните слоеве на атмосферата, използва се в промишлеността и е свързан с азотфиксиращи бактерии, докато N 2 се отделя в атмосферата в резултат на денитрификация на нитрати и други азотсъдържащи съединения.

Азотът N 2 е инертен газ и реагира само при специфични условия (например по време на удар на мълния). Той може да бъде окислен и превърнат в биологична форма от цианобактерии, някои бактерии (например, възли, образуващи ризобиална симбиоза с бобови растения).

Окисляването на молекулярния азот чрез електрически разряди се използва в индустриалното производство на азотни торове и също така е довело до образуването на уникални находища на нитрати в чилийската пустиня Атакама.

Благородни газове

Изгарянето на гориво е основният източник на замърсяващи газове (CO, NO, SO 2). Сярният диоксид се окислява от O 2 на въздуха до SO 3 в горните слоеве на атмосферата, който взаимодейства с изпаренията на H 2 O и NH 3, и получените H 2 SO 4 и (NH 4) 2 SO 4 се връщат на повърхността на Земята заедно с атмосферни валежи... Използването на двигатели с вътрешно горене води до значително замърсяване на атмосферата с азотни оксиди, въглеводороди и Pb съединения.

Аерозолното замърсяване на атмосферата се причинява от двете естествени причини (вулканични изригвания, прашни бури, дрейф морска вода и прахови частици и др.), и икономически дейности човек (добив на руди и строителни материали, изгаряне на гориво, производство на цимент и др.). Интензивното мащабно отстраняване на твърди частици в атмосферата е едно от възможни причини изменението на климата на планетата.

Структурата на атмосферата и характеристиките на отделните черупки

Агрегатното състояние на атмосферата се определя от времето и климата. Основните параметри на атмосферата: плътност на въздуха, налягане, температура и състав. С увеличаване на надморската височина плътността на въздуха и атмосферното налягане намаляват. Температурата също се променя с промяна на надморската височина. Вертикалната структура на атмосферата се характеризира с различни температурни и електрически свойства, различна държава въздух. В зависимост от температурата в атмосферата се разграничават следните основни слоеве: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, екзосфера (разсейваща сфера). Преходните области на атмосферата между съседни черупки се наричат \u200b\u200bсъответно тропопауза, стратопауза и др.

Тропосфера

Стратосфера

В стратосферата по-голямата част от късовълновата част на ултравиолетовото лъчение (180-200 nm) се задържа и се получава трансформация на късовълновата енергия. Под въздействието на тези лъчи се променят магнитните полета, молекулите се разпадат, възниква йонизация, ново образуване на газове и други химични съединения. Тези процеси могат да се наблюдават под формата на северно сияние, мълния и друго сияние.

В стратосферата и по-високите слоеве под въздействието на слънчевата радиация газовите молекули се дисоциират в атоми (над 80 km, CO 2 и H 2 се дисоциират, над 150 km - O 2, над 300 km - H 2). На височина 100-400 км, йонизацията на газ също се случва в йоносферата; на височина 320 км, концентрацията на заредени частици (О + 2, О - 2, N + 2) е ~ 1/300 от концентрацията на неутрални частици. Свободните радикали присъстват в горните слоеве на атмосферата - OH, HO 2 и т.н.

В стратосферата почти няма водна пара.

Мезосфера

До надморска височина от 100 км атмосферата представлява еднородна добре смесена смес от газове. При по-високите слоеве разпределението на газовете по височина зависи от техните молекулни маси, концентрацията на по-тежки газове намалява по-бързо с отдалечаване от земната повърхност. Поради намаляването на плътността на газовете, температурата намалява от 0 ° С в стратосферата до -110 ° С в мезосферата. Кинетичната енергия на отделните частици обаче на височина 200-250 km съответства на температура от ~ 1500 ° C. Над 200 км се наблюдават значителни колебания на температурата и плътността на газовете във времето и пространството.

На надморска височина около 2000-3000 км, екзосферата постепенно преминава в така наречения вакуум в близост до космоса, който е изпълнен със силно разредени частици от междупланетен газ, главно водородни атоми. Но този газ е само част от междупланетната материя. Другата част се състои от прахообразни частици с кометен и метеоритен произход. В допълнение към тези изключително разредени частици в това пространство прониква електромагнитна и корпускуларна радиация от слънчев и галактически произход.

На тропосферата се падат около 80% от атмосферната маса, на стратосферата - около 20%; масата на мезосферата е не повече от 0,3%, термосферата е по-малка от 0,05% от общата маса на атмосферата. Въз основа на електрическите свойства в атмосферата се разграничават неутросферата и йоносферата. В момента се смята, че атмосферата се простира до височина 2000-3000 км.

В зависимост от състава на газа в атмосферата, хомосфера и хетеросфера. Хетеросфера - това е зоната, в която гравитацията влияе на отделянето на газове, тъй като смесването им на тази височина е незначително. Оттук и променливият състав на хетеросферата. Под него се крие добре смесена част от атмосферата, хомогенна по състав, наречена хомосфера. Границата между тези слоеве се нарича турбопауза; тя се намира на надморска височина от около 120 км.

Свойства на атмосферата

Вече на височина от 5 км над морското равнище, нетрениран човек развива кислороден глад и без адаптация работоспособността на човека значително намалява. Тук свършва физиологичната зона на атмосферата. Човешкото дишане става невъзможно на височина 15 км, въпреки че атмосферата съдържа кислород до около 115 км.

Атмосферата ни доставя кислород, който ни е необходим, за да дишаме. Въпреки това, поради спада на общото налягане на атмосферата, когато тя се издига до височина, парциалното налягане на кислорода също намалява съответно.

Белите дробове на човека постоянно съдържат около 3 литра алвеоларен въздух. Парциалното налягане на кислорода в алвеоларния въздух при нормално атмосферно налягане е 110 mm Hg. Чл., Налягане на въглероден диоксид - 40 mm Hg. Чл., И водна пара -47 mm Hg. Изкуство. С увеличаване на надморската височина налягането на кислорода спада и общото налягане на водната пара и въглеродния диоксид в белите дробове остава почти постоянно - около 87 mm Hg. Изкуство. Подаването на кислород в белите дробове ще спре напълно, когато налягането на околния въздух стане равно на тази стойност.

На височина от около 19-20 км атмосферното налягане пада до 47 mm Hg. Изкуство. Следователно на тази височина водата и интерстициалната течност започват да кипят в човешкото тяло. Извън кабината под налягане, на тези височини, смъртта настъпва почти моментално. По този начин, от гледна точка на човешката физиология, "космосът" започва вече на височина 15-19 км.

Плътните въздушни слоеве - тропосфера и стратосфера - ни предпазват от вредното въздействие на радиацията. При достатъчно разреждане на въздуха, на височини над 36 км, йонизиращото лъчение - първични космически лъчи - оказва интензивно въздействие върху тялото; на височини над 40 км работи ултравиолетовата част на слънчевия спектър, която е опасна за хората.

Синя планета ...

Тази тема трябваше да се появи на сайта една от първите. В края на краищата хеликоптерите са атмосферни самолети. Атмосфера на земята - тяхното, така да се каже, местообитание :-). И физични свойства на въздуха просто определете качеството на това местообитание :-). Тоест това е една от основите. И винаги първо пишат за основата. Но осъзнах това едва сега. Все пак е по-добре, както знаете, късно, отколкото никога ... Нека да засегнем този въпрос, но без да навлизаме в джунглата и излишни трудности :-).

Така… Атмосфера на земята... Това е газовата обвивка на нашата синя планета. Всички знаят това име. Защо синьо? Просто защото "синият" (както и синият и виолетовият) компонент на слънчевата светлина (спектър) е най-добре разпръснат в атмосферата, като по този начин я оцветява в синкаво-синкав, понякога с оттенък на лилави тонове (в слънчев ден, разбира се :-)) ...

Състав на земната атмосфера.

Съставът на атмосферата е достатъчно широк. Няма да изброявам всички компоненти в текста, за това има добра илюстрация. Съставът на всички тези газове е практически постоянен, с изключение на въглеродния диоксид (CO 2). Освен това атмосферата задължително съдържа вода под формата на пари, суспензия на капчици или ледени кристали. Количеството вода е променливо и зависи от температурата и в по-малка степен от въздушното налягане. Освен това земната атмосфера (особено настоящата) съдържа определено количество, бих казал „всякакви гадни неща“ :-). Това са SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, освен това има пара живак Hg. Вярно, всичко това е там в малки количества, слава Богу :-).

Атмосфера на земята обичайно е да се разделят на няколко зони, следващи една друга по височина над повърхността.

Първата, най-близка до земята, е тропосферата. Това е най-ниският и, така да се каже, основният слой за живота. различен вид... Съдържа 80% от общата маса атмосферен въздух (въпреки че по обем това е само около 1% от цялата атмосфера) и около 90% от цялата атмосферна вода. По-голямата част от всички ветрове, облаци, дъждове и снегове 🙂 са от там. Тропосферата се простира на височини от около 18 км в тропическите ширини и до 10 км в полярните. Температурата на въздуха в него спада с покачване до височина около 0.65º на всеки 100 m.

Атмосферни зони.

Зона две е стратосферата. Трябва да се каже, че друга тясна зона се разграничава между тропосферата и стратосферата - тропопаузата. Спадът на температурата с височина спира в него. Тропопаузата има средна дебелина 1,5-2 км, но нейните граници са неясни и тропосферата често припокрива стратосферата.

Така стратосферата има средна височина от 12 до 50 км. Температурата в него остава непроменена до 25 km (около -57 ° C), след това някъде до 40 km се повишава до около 0 ° C и след това остава непроменена до 50 km. Стратосферата е относително спокойна част от земната атмосфера. В него практически няма неблагоприятни метеорологични условия. Именно в стратосферата известният озонов слой се намира на височини от 15-20 км до 55-60 км.

Това е последвано от стратопауза с малък граничен слой, където температурата остава около 0 ° C, а след това следващата зона е мезосферата. Той се простира на височини от 80-90 км, а температурата в него пада до около 80 ° С. В мезосферата обикновено стават видими малки метеори, които започват да светят в нея и да изгарят там.

Следващата тясна празнина е мезопаузата, последвана от термосферната зона. Височината му е до 700-800 км. Тук температурата отново започва да се повишава и на височини от порядъка на 300 км може да достигне стойности от порядъка на 1200 ° С. Освен това тя остава постоянна. Йоносферата се намира вътре в термосферата до надморска височина от около 400 км. Тук въздухът е силно йонизиран поради излагане на слънчева радиация и има висока електрическа проводимост.

Следващата и като цяло последната зона е екзосферата. Това е така наречената зона на разсейване. Има главно много разредени водород и хелий (с преобладаване на водород). На надморска височина от около 3000 км екзосферата се трансформира в близък до космоса вакуум.

Това е нещо подобно. Защо? Тъй като тези слоеве са доста конвенционални. Възможни са различни промени в надморската височина, състава на газовете, водата, температурните стойности, йонизацията и т.н. Освен това има много повече термини, които определят структурата и състоянието на земната атмосфера.

Например хомосфера и хетеросфера. В първата атмосферните газове са добре смесени и съставът им е доста еднороден. Вторият се намира над първия и там практически няма такова смесване. Газовете в него се отделят от гравитацията. Границата между тези слоеве се намира на надморска височина от 120 км и се нарича турбопауза.

Вероятно ще завърша с условията, но определено ще добавя, че конвенционално се приема, че границата на атмосферата се намира на височина 100 км над морското равнище. Тази граница се нарича Pocket Line.

Ще добавя още две снимки, за да илюстрирам структурата на атмосферата. Първият обаче е на немски, но пълен и доста лесен за разбиране :-). Може да се увеличи и добре да се види. Втората показва промяната на атмосферната температура с височина.

Структурата на земната атмосфера.

Промяна на температурата на въздуха с надморска височина.

Съвременните пилотирани орбитални космически кораби летят на височина около 300-400 км. Това обаче вече не е авиация, въпреки че районът, разбира се, е тясно свързан в определен смисъл и със сигурност ще говорим за това отново :-).

Авиационната зона е тропосферата. Съвременните атмосферни самолети могат да летят в долните слоеве на стратосферата. Например практичният таван на MIG-25RB е 23 000 m.

Полет в стратосферата.

И точно физични свойства на въздуха тропосферата определя как ще бъде полетът, доколко ефективна ще бъде системата за управление на въздухоплавателното средство, как турбуленцията в атмосферата ще й повлияе, как ще работят двигателите.

Първото основно свойство е температура на въздуха... В динамиката на газа тя може да бъде определена по скалата на Целзий или по скалата на Келвин.

Температура t 1 на дадена височина З. по скалата на Целзий се определя:

t 1 \u003d t - 6.5H където т- температура на въздуха близо до земята.

Нарича се температура на Келвин абсолютна температура, нулата по тази скала е абсолютна нула. При абсолютна нула топлинното движение на молекулите спира. Абсолютната нула по скалата на Келвин съответства на -273º по скалата на Целзий.

Съответно температурата т на високо З.по скалата на Келвин се определя:

T \u003d 273K + t - 6.5H

Въздушно налягане. Атмосферно налягане измерено в Паскали (N / m 2), в старата система за измерване в атмосфери (атм.). Съществува и такова нещо като барометрично налягане. Това е налягането, измерено в милиметри живачен стълб с живачен барометър. Барометрично налягане (налягане на морското равнище), равно на 760 mm Hg. Изкуство. наречен стандартен. Във физиката 1 атм. е точно равно на 760 mm Hg.

Плътност на въздуха... В аеродинамиката най-често използваната концепция е масовата плътност на въздуха. Това е маса въздух в обем 1 m 3. Плътността на въздуха се променя с височина, въздухът става по-разреден.

Влажност на въздуха... Показва количеството вода във въздуха. Има концепция „ относителна влажност". Това е съотношението на масата на водната пара към максимално възможното при дадена температура. Концепцията за 0%, тоест когато въздухът е напълно сух, тя може да съществува само в лабораторията. От друга страна, 100% влажност е реална. Това означава, че въздухът е поел цялата вода, която би могъл да поеме. Нещо като абсолютно "пълна гъба". Високата относителна влажност намалява плътността на въздуха, докато ниската относителна влажност я увеличава съответно.

Поради факта, че самолетните полети се извършват при различни атмосферни условия, техните полетни и аеродинамични параметри в един режим на полет могат да бъдат различни. Следователно, за правилна оценка на тези параметри, Международна стандартна атмосфера (ISA)... Той показва промяната в състоянието на въздуха, когато той се издига до височина.

Взети са основните параметри на състоянието на въздуха при нулева влажност:

налягане P \u003d 760 mm Hg. Изкуство. (101,3 kPa);

температура t \u003d + 15 ° C (288 K);

масова плътност ρ \u003d 1,225 kg / m 3;

За ISA се приема (както беше казано по-горе :-)), че температурата пада в тропосферата с 0,65º на всеки 100 метра височина.

Стандартна атмосфера (пример до 10 000 м).

Таблиците ISA се използват за калибриране на инструмента, както и за навигационни и инженерни изчисления.

Физически свойства на въздуха включва също понятия като инертност, вискозитет и свиваемост.

Инерцията е свойство на въздуха, което характеризира способността му да се противопоставя на промяна в състоянието на покой или равномерно праволинейно движение . Мярката на инертността е масовата плътност на въздуха. Колкото по-висока е тя, толкова по-голяма е силата на инертност и съпротивление на средата, когато самолетът се движи в нея.

Вискозитет. Определя съпротивлението на триене на въздуха, когато самолетът се движи.

Свиваемостта измерва изменението на плътността на въздуха при промяна на налягането. При ниски скорости самолет (до 450 км / ч), не настъпва промяна на налягането, когато около него тече въздушен поток, но при високи скорости ефектът на свиваемост започва да се проявява. Влиянието му върху свръхзвука е особено засегнато. Това е отделна област на аеродинамиката и тема за отделна статия :-).

Е, това засега е всичко ... Време е да завършим това малко скучно изброяване, което обаче не може да се направи без :-). Атмосфера на земята, неговите параметри, физични свойства на въздуха толкова важни за самолета, колкото и параметрите на самия самолет, и беше невъзможно да не ги споменем.

Чао, до следващи срещи и още интересни теми 🙂 ...

P.S. За сладко удоволствие предлагам да гледате видео, заснето от пилотската кабина на близнак MIG-25PU по време на полета му в стратосферата. Очевидно беше турист, който имаше пари за такива полети :-). Заснето основно всичко през предното стъкло. Обърнете внимание на цвета на небето ...