Как се нарича защитният слой на атмосферата. Какво е атмосферата? Земната атмосфера: структура, значение

Атмосферата е смес от различни газове. Той се простира от повърхността на Земята до височина 900 км, предпазвайки планетата от вредния спектър на слънчевата радиация и съдържа газовете, необходими за целия живот на планетата. Атмосферата улавя слънчевата топлина, затопляйки се земна повърхност и създаване на благоприятен климат.

Състав на атмосферата

Земната атмосфера се състои главно от два газа - азот (78%) и кислород (21%). Освен това съдържа примеси от въглероден диоксид и други газове. в атмосферата съществува под формата на пари, капчици влага в облаци и ледени кристали.

Пластове на атмосферата

Атмосферата е съставена от множество слоеве, между които няма ясни граници. Температурите на различните слоеве се различават значително една от друга.

• Безвъздушна магнитосфера. Повечето от земните спътници летят тук извън земната атмосфера.
• Екзосфера (450-500 км от повърхността). Почти без газ. Някои метеорологични спътници летят в екзосферата. Термосферата (80-450 км) се характеризира с високи температури, достигащи 1700 ° C в горния слой.
• Мезосфера (50-80 км). В тази сфера температурата спада с увеличаване на надморската височина. Именно тук повечето метеорити (фрагменти от космически скали), които влизат в атмосферата, са изгорени.
• Стратосфера (15-50 км). Съдържа озонов слой, т.е. слой озон, който абсорбира ултравиолетовото лъчение от слънцето. Това води до повишаване на температурата близо до повърхността на Земята. Тук обикновено летят реактивни самолети, както видимостта в този слой е много добра и почти няма смущения, причинени от метеорологичните условия.
• Тропосфера. Височината варира от 8 до 15 км от земната повърхност. Тук се формира времето на планетата, тъй като през този слой съдържа най-много водни пари, прах и ветрове. Температурата намалява с отдалечаване от земната повърхност.

Атмосферно налягане

Въпреки че не го усещаме, слоевете на атмосферата оказват натиск върху повърхността на Земята. Най-високата е близо до повърхността и с отдалечаване от нея постепенно намалява. Това зависи от температурната разлика между сушата и океана и следователно в райони, разположени на една и съща надморска височина над морското равнище, често има различни налягания. Ниското налягане носи влажно време, докато високото налягане обикновено води до ясно време.

Движението на въздушните маси в атмосферата

А налягането кара по-ниската атмосфера да се смесва. Това създава ветрове, духащи от зони с високо налягане до области с ниско налягане. Местните ветрове също се появяват в много региони, причинени от промените в температурите на сушата и морето. Планините също имат значително влияние върху посоката на ветровете.

Парников ефект

Въглеродният диоксид и други газове, които изграждат земната атмосфера, улавят слънчевата топлина. Този процес обикновено се нарича парников ефект, тъй като в много отношения е подобен на циркулацията на топлина в оранжериите. Парниковият ефект причинява глобално затопляне на планетата. В райони с високо налягане - антициклони - се установява ясно слънце. В райони с ниско налягане - циклони - времето обикновено е нестабилно. Топлина и светлина, навлизащи в атмосферата. Газовете улавят топлината, отразена от земната повърхност, като по този начин температурата на земята се повишава.

В стратосферата има специален озонов слой. Озонът улавя по-голямата част от ултравиолетовото лъчение на слънцето, защитавайки Земята и целия живот на нея от нея. Учените са установили, че специални хлорофлуоровъглеродни газове, съдържащи се в някои аерозоли и хладилно оборудване, са причина за разрушаването на озоновия слой. Над Арктика и Антарктида бяха открити огромни дупки в озоновия слой, допринасящи за увеличаване на количеството ултравиолетово лъчение, засягащо повърхността на Земята.

Озонът се генерира в долните слоеве на атмосферата в резултат между слънчевата радиация и различни отработени газове и газове. Обикновено се разсейва през атмосферата, но ако е под слоя топъл въздух образува се затворен слой студ, озонът се концентрира и се появява смог. За съжаление това не може да компенсира загубата на озон в озоновите дупки.

Сателитната снимка ясно показва дупка в озоновия слой над Антарктида. Дупката се променя по размер, но учените смятат, че тя непрекъснато нараства. Правят се опити да се намали нивото на отработените газове в атмосферата. Трябва да се намали замърсяването на въздуха и в градовете да се използват бездимни горива. Смогът причинява дразнене и задушаване на очите при много хора.

Появата и еволюцията на земната атмосфера

Съвременната атмосфера на Земята е резултат от дълго еволюционно развитие. Възникнал е в резултат на съвместните действия на геоложки фактори и жизнената дейност на организмите. През цялата геоложка история земната атмосфера е претърпяла няколко дълбоки преструктурирания. Въз основа на геоложки данни и теоретични (предварителни условия, девствената атмосфера на младата Земя, която е съществувала преди около 4 милиарда години, може да се състои от смес от инертни и благородни газове с малко добавяне на пасивен азот (Н. А. Ясаманов, 1985; А. С. Монин, 1987; OG Sorokhtin, SA Ushakov, 1991, 1993). В момента възгледът за състава и структурата на ранната атмосфера се е променил до известна степен. Първичната атмосфера (протоатмосфера) на най-ранния протопланетен етап., Т.е. 4,2 милиарда години, може да се състои от смес от метан, амоняк и въглероден диоксид. В резултат на дегазация на мантията и активни процеси на изветряне на земната повърхност, водни пари, въглеродни съединения под формата на CO 2 и CO, сяра и нейните съединения започват да навлизат в атмосферата както и силни халогенни киселини - HCl, HF, HI и борна киселина, които бяха допълнени с метан, амоняк, водород, аргон и някои други благородни газове в атмосферата. необикновено тънък. Следователно температурата на земната повърхност е била близка до температурата на лъчистото равновесие (A.S. Monin, 1977).

С течение на времето газовият състав на първичната атмосфера под влияние на изветрянето на скалите на земната повърхност, жизнената активност на цианобактериите и синьо-зелените водорасли, вулканичните процеси и действието на слънчевата светлина започват да се трансформират. Това доведе до разграждане на метана във въглероден диоксид, амоняк в азот и водород; във вторичната атмосфера започва да се натрупва въглероден диоксид, който бавно се спуска към земната повърхност, и азот. Благодарение на жизнената активност на синьо-зелените водорасли, кислородът започва да се произвежда в процеса на фотосинтеза, който обаче в началото се изразходва главно за „окисляване на атмосферните газове, а след това и на скалите. В този случай амонякът, окислен до молекулярен азот, започва бързо да се натрупва в атмосферата. Предполага се, че голяма част от азота в съвременната атмосфера е реликтен. Метанът и въглеродният оксид се окисляват до въглероден диоксид. Сярата и сероводородът се окисляват до SO 2 и SO 3, които поради своята висока подвижност и лекота бързо се отстраняват от атмосферата. По този начин атмосферата от намаляването, както беше в архейския и ранния протерозой, постепенно се превърна в окислителна.

Въглеродният диоксид се освобождава в атмосферата както в резултат на окисляване на метан, така и в резултат на дегазация на мантията и изветряне на скалите. В случай, че целият въглероден диоксид, отделен през цялата история на Земята, остане в атмосферата, неговото парциално налягане в момента може да стане същото като на Венера (О. Сорохтин, С. А. Ушаков, 1991). Но на Земята действаше обратният процес. Значителна част от въглеродния диоксид от атмосферата се разтваря в хидросферата, в която той се използва от водните организми за изграждане на черупките си и биогенно се превръща в карбонати. Впоследствие от тях се образуват най-мощните слоеве от хемогенни и органогенни карбонати.

Кислородът е дошъл в атмосферата от три източника. Дълго време, от момента на появата на Земята, тя се освобождава по време на дегазацията на мантията и се консумира главно в окислителни процеси.Друг източник на кислород е фотодисоциацията на водните пари от твърдо ултравиолетово слънчево лъчение. Външен вид; свободният кислород в атмосферата доведе до смъртта на повечето прокариоти, които живееха в редуциращи условия. Прокариотните организми са променили местообитанията си. Те оставиха повърхността на Земята до нейните дълбини и региони, където все още се запазваха редуциращите условия. Те бяха заменени от еукариоти, които започнаха енергично да преработват въглеродния диоксид в кислород.

По време на архейската и значителна част от протерозоя почти целият кислород, който възниква едновременно: абиогенен и биогенен, се изразходва главно за окисляване на желязо и сяра. До края на протерозоя цялото метално железно желязо, което е било на земните повърхности, или е окислено, или е преместено в земното ядро. Това доведе до факта, че парциалното налягане на кислорода в ранната протерозойска атмосфера се промени.

В средата на протерозоя концентрацията на кислород в атмосферата достига точката на Юри и е 0,01% от сегашното ниво. От този момент нататък кислородът започва да се натрупва в атмосферата и вероятно вече в края на Рифея съдържанието му достига точката на Пастьор (0,1% от сегашното ниво). Възможно е през вендския период озоновият слой да е възникнал и никога да не е изчезвал по това време.

Появата на свободен кислород в земната атмосфера стимулира еволюцията на живота и води до появата на нови форми с по-добър метаболизъм. Ако по-ранните еукариотни едноклетъчни водорасли и цианея, които се появяват в началото на протерозоя, изискват съдържание на кислород във вода от само 10 -3 от съвременната му концентрация, то с появата на скелетните метазои в края на ранния вендиан, т.е. преди около 650 милиона години, концентрацията на кислород в атмосферата би трябвало да е много по-висока. В края на краищата Metazoa използва кислородно дишане и това изисква парциалното налягане на кислорода да достигне критично ниво - точката на Пастьор. В този случай анаеробният процес на ферментация беше заменен от енергийно по-обещаващ и прогресивен метаболизъм на кислорода.

След това по-нататъшното натрупване на кислород в земната атмосфера протича доста бързо. Прогресивното увеличаване на обема на синьо-зелените водорасли допринася за постигането в атмосферата на нивото на кислород, необходимо за поддържането на живота на животинския свят. Известно стабилизиране на съдържанието на кислород в атмосферата е настъпило от момента, в който растенията са дошли на сушата - преди около 450 милиона години. Появата на растения на сушата, която се е състояла през силурския период, е довела до окончателното стабилизиране на нивото на кислород в атмосферата. От този момент нататък концентрацията му започва да се колебае в доста тесни граници, като никога не стига отвъд съществуването на живота. Концентрацията на кислород в атмосферата се е стабилизирала напълно от появата на цъфтящи растения. Това събитие се е случило в средата на Креда, т.е. преди около 100 милиона години.

Основната част от азота се е образувала в ранните етапи от развитието на Земята, главно поради разлагането на амоняка. С появата на организмите започва процесът на свързване на атмосферния азот в органично вещество и погребването му в морски утайки. След появата на организми на сушата азотът започва да се заравя в континентални утайки. Процесите на преработка на свободен азот са особено засилени с появата на сухоземни растения.

В началото на криптозоя и фанерозоя, т.е. преди около 650 милиона години, съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата е намаляло до десети от процента, а съдържанието близо до модерно ниво, то достигна съвсем наскоро, преди около 10-20 милиона години.

По този начин газовият състав на атмосферата не само осигурява на организмите жизнено пространство, но и определя характеристиките на тяхната жизнена дейност, насърчава разпръскването и еволюцията. Произтичащите от това смущения в разпределението на атмосферния газов състав, благоприятен за организмите, както поради космически, така и поради планетарни причини, доведоха до масово изчезване на органичния свят, което се случи многократно по време на криптозоя и на определени граници на историята на фанерозоя.

Етносферни функции на атмосферата

Земната атмосфера осигурява необходимото вещество, енергия и определя посоката и скоростта на метаболитните процеси. Газовият състав на съвременната атмосфера е оптимален за съществуването и развитието на живота. Като зона на формиране на времето и климата, атмосферата трябва да създава комфортни условия за живота на хората, животните и растителността. Отклоненията в една или друга посока в качеството на атмосферния въздух и метеорологичните условия създават екстремни условия за живота на животното и флора, включително за хората.

Земната атмосфера не само осигурява условия за съществуването на човечеството, като е основният фактор за еволюцията на етносферата. В същото време се оказва енергиен и суровинен ресурс за производство. Като цяло атмосферата е фактор, който запазва човешкото здраве, а някои области, поради физико-географските условия и качеството на атмосферния въздух, служат като зони за отдих и са зони, предназначени за санаторно лечение и отдих на хората. По този начин атмосферата е фактор на естетическо и емоционално въздействие.

Етносферните и техносферните функции на атмосферата, определени съвсем наскоро (Е. Д. Никитин, Н. А. Ясаманов, 2001), изискват независимо и задълбочено проучване. По този начин изучаването на енергийните атмосферни функции е от голямо значение както от гледна точка на възникването и действието на процеси, които увреждат околната среда, така и от гледна точка на въздействието върху човешкото здраве и благосъстояние. В този случай говорим за енергията на циклони и антициклони, атмосферни вихри, атмосферно налягане и други екстремни атмосферни явления, чието ефективно използване ще допринесе за успешното решаване на проблема за получаване на незамърсяващи алтернативни енергийни източници. След всичко въздушна среда, особено тази част от него, която се намира над Световния океан, е зона на освобождаване на колосално количество свободна енергия.

Например беше установено, че тропическите циклони със средна сила освобождават енергия, еквивалентна на 500 хил. атомни бомбипадна върху Хирошима и Нагасаки. За 10 дни от съществуването на такъв циклон се освобождава енергия, достатъчна за задоволяване на всички енергийни нужди на държава като САЩ, в продължение на 600 години.

През последните години бяха публикувани голям брой трудове на учени в областта на естествените науки, по един или друг начин, засягащи различни аспекти на дейността и влиянието на атмосферата върху земните процеси, което показва активирането на интердисциплинарни взаимодействия в съвременната природознание. В същото време се проявява интегриращата роля на някои от неговите направления, сред които трябва да се отбележи функционално-екологичното направление в геоекологията.

Тази насока стимулира анализа и теоретичното обобщаване на екологичните функции и планетарната роля на различни геосфери, а това от своя страна е важна предпоставка за разработването на методология и научни основи за цялостно изследване на нашата планета, рационалното използване и опазването на нейните природни ресурси.

Земната атмосфера се състои от няколко слоя: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, йоносфера и екзосфера. В горната част на тропосферата и дъното на стратосферата има богат на озон слой, наречен озонов щит. Установени са определени (дневни, сезонни, годишни и др.) Модели на разпределение на озона. От самото си създаване атмосферата влияе върху хода на планетарните процеси. Първичният състав на атмосферата беше напълно различен от настоящия, но с течение на времето делът и ролята на молекулярния азот непрекъснато се увеличаваха, преди около 650 милиона години се появи свободен кислород, чието количество непрекъснато се увеличаваше, но концентрацията на въглероден диоксид съответно намаляваше. Високата подвижност на атмосферата, нейният газов състав и наличието на аерозоли определят нейната изключителна роля и активно участие в различни геоложки и биосферни процеси. Ролята на атмосферата в преразпределението на слънчевата енергия и развитието на катастрофални природни явления и бедствия е голяма. Атмосферните вихри - торнадо (торнадо), урагани, тайфуни, циклони и други явления оказват отрицателно въздействие върху органичния свят и природните системи. Основните източници на замърсяване заедно с природни фактори са различни форми на човешка икономическа дейност. Антропогенното въздействие върху атмосферата се изразява не само в появата на различни аерозоли и парникови газове, но и в увеличаване на количеството водни пари и се проявява под формата на смог и киселинни дъждове. Парниковите газове променят температурния режим на земната повърхност, емисиите на някои газове намаляват обема на озоновия екран и допринасят за образуването на озонови дупки. Етносферната роля на земната атмосфера е голяма.

Ролята на атмосферата в природните процеси

Приземната атмосфера в междинното си състояние между литосферата и космическото пространство и нейният газов състав създава условия за живота на организмите. В същото време изветрянето и интензивността на разрушаването на скалите, пренасянето и натрупването на кластичен материал зависят от количеството, естеството и честотата на атмосферните валежи, от честотата и силата на ветровете и особено от температурата на въздуха. Атмосферата е централният компонент на климатичната система. Температура и влажност на въздуха, облачност и валежи, вятър - всичко това характеризира времето, тоест постоянно променящото се състояние на атмосферата. В същото време същите тези компоненти характеризират и климата, т.е. усреднения дългосрочен метеорологичен режим.

Съставът на газовете, наличието на облаци и различни примеси, които се наричат \u200b\u200bаерозолни частици (пепел, прах, частици водна пара), определят характеристиките на преминаването на слънчевата радиация през атмосферата и предотвратяват изтичането на топлинна радиация от Земята в космоса.

Земната атмосфера е много подвижна. Процесите, протичащи в него, и промените в газовия му състав, дебелината, облачността, прозрачността и наличието на определени аерозолни частици в него влияят както върху времето, така и върху климата.

Действието и посоката на природните процеси, както и животът и дейностите на Земята се определят от слънчевата радиация. Той дава 99,98% от топлината, постъпваща на земната повърхност. Това възлиза на 134 * 10 19 kcal годишно. Това количество топлина може да се получи чрез изгаряне на 200 милиарда тона въглища. Резервите на водород, който създава този поток от термоядрена енергия в масата на Слънцето, ще бъдат достатъчни за поне още 10 милиарда години, тоест за период два пъти по-дълъг от самата планета.

Около 1/3 от общото количество слънчева енергия, постъпваща в горната граница на атмосферата, се отразява обратно в световното пространство, 13% се абсорбира от озоновия слой (включително почти цялото ултравиолетово лъчение). 7% - от останалата част на атмосферата и само 44% достига земната повърхност. Общата слънчева радиация, която достига Земята за един ден, е равна на енергията, която човечеството е получило в резултат на изгарянето на всички видове гориво през последното хилядолетие.

Количеството и естеството на разпределението на слънчевата радиация на земната повърхност са тясно зависими от облачността и прозрачността на атмосферата. Размерът на разсеяната радиация се влияе от височината на Слънцето над хоризонта, прозрачността на атмосферата, съдържанието на водна пара, прах в нея, общото количество въглероден диоксид и др.

Максималното количество разсеяна радиация попада в полярни региони... Колкото по-ниско е Слънцето над хоризонта, толкова по-малко топлина се подава към дадена област от терена.

Прозрачността на атмосферата и облачността са от голямо значение. В облачен летен ден обикновено е по-студено, отколкото в ясен, тъй като дневната облачност предотвратява нагряването на земната повърхност.

Запрашаването на атмосферата играе важна роля за разпределението на топлината. Разпределените в него фино диспергирани твърди частици прах и пепел, които влияят върху неговата прозрачност, влияят неблагоприятно върху разпределението на слънчевата радиация, голяма част от която се отразява. Фините частици навлизат в атмосферата по два начина: или пепел, излъчена по време на вулканични изригвания, или пустинен прах, носен от ветрове от сухи тропически и субтропични региони. Особено много такъв прах се образува по време на суши, когато той се пренася в горните слоеве на атмосферата от потоци топъл въздух и е в състояние да остане там дълго време. След изригването на вулкана Кракатау през 1883 г. прахът, изхвърлен на десетки километри в атмосферата, е бил в стратосферата за около 3 години. В резултат на изригването на вулкана Ел Чичон (Мексико) през 1985 г. прахът достигна Европа и поради това имаше леко понижение на повърхностните температури.

Земната атмосфера съдържа променливо количество водни пари. В абсолютно изражение, като тегло или обем, количеството му варира от 2 до 5%.

Водната пара, подобно на въглеродния диоксид, засилва парниковия ефект. В облаците и мъглите, възникващи в атмосферата, протичат особени физикохимични процеси.

Основният източник на водни пари в атмосферата е повърхността на Световния океан. Всяка година от него се изпарява слой вода с дебелина от 95 до 110 см. Част от влагата се връща в океана след кондензация, а другата се насочва към континентите с въздушни потоци. В райони с променливо-влажен климат, валежите овлажняват почвата, а във влажни райони те създават запаси от подземни води. По този начин атмосферата е акумулатор на влага и резервоар за валежи. а мъглите, които се образуват в атмосферата, осигуряват влага на почвената покривка и по този начин играят решаваща роля в развитието на животинския и растителен свят.

Атмосферната влага се разпределя по земната повърхност поради подвижността на атмосферата. Той има много сложна система от ветрове и разпределение на налягането. Поради факта, че атмосферата е в непрекъснато движение, естеството и мащабът на разпределението на вятърните потоци и налягането се променят през цялото време. Мащабът на циркулацията се променя от микрометеорологичен, с размери само няколкостотин метра, до глобален - няколко десетки хиляди километра. Огромни атмосферни вихри участват в създаването на системи от мащабни въздушни течения и определят общата циркулация на атмосферата. Освен това те са източници на катастрофални атмосферни явления.

Разпределението на времето и климатични условия и функционирането на живата материя. В случай, че атмосферното налягане се колебае в малки граници, то не играе решаваща роля за благосъстоянието на хората и поведението на животните и не засяга физиологичните функции на растенията. Фронталните явления и метеорологичните промени обикновено са свързани с промени в налягането.

Атмосферното налягане е от основно значение за формирането на вятъра, който като релефен фактор оказва силно влияние върху животинския и растителен свят.

Вятърът е в състояние да инхибира растежа на растенията и в същото време подпомага трансфера на семена. Ролята на вятъра е голяма при формирането на метеорологичните и климатичните условия. Той действа и като регулатор на морските течения. Вятърът като един от екзогенните фактори допринася за ерозията и обезвъздушаването на изветрял материал на големи разстояния.

Екологична и геоложка роля на атмосферните процеси

Намаляването на прозрачността на атмосферата поради появата на аерозолни частици и твърд прах в нея влияе върху разпределението на слънчевата радиация, увеличавайки албедото или отражателната способност. Различни химични реакции, които причиняват разлагане на озона и генерирането на „перламутрови“ облаци, състоящи се от водни пари, водят до същия резултат. Глобалните промени в отражателната способност, както и промените в състава на атмосферните газове, главно парникови газове, са причина за изменението на климата.

Неравномерното нагряване, причиняващо разлики в атмосферното налягане в различни части на земната повърхност, води до атмосферна циркулация, което е отличителен белег на тропосферата. Когато възникне разлика в налягането, въздухът се втурва от зоните високо кръвно налягане в зоната на ниско налягане. Тези движения на въздушните маси, заедно с влажността и температурата, определят основните екологични и геоложки особености на атмосферните процеси.

В зависимост от скоростта вятърът извършва различни геоложки работи на земната повърхност. Със скорост 10 m / s той разтърсва дебели клони на дървета, повдига и носи прах и фин пясък; чупи клони на дървета със скорост 20 m / s, прехвърля пясък и чакъл; със скорост 30 m / s (буря) откъсва покривите на къщите, изкоренява дървета, чупи стълбове, премества камъчета и прехвърля малки развалини, а ураганен вятър със скорост 40 m / s разрушава къщите, чупи и разрушава стълбовете на електропровода, изкоренява големи дървета.

Голямо отрицателно въздействие върху околната среда с катастрофални последици оказват бурята от буря и торнадо - атмосферни вихри, които възникват през топлия сезон на мощни атмосферни фронтове, със скорост до 100 m / s. Шквалите са хоризонтални вихри със скорост на ураганен вятър (до 60-80 m / s). Те често са придружени от мощни превалявания и гръмотевични бури с продължителност от няколко минути до половин час. Шкулите покриват територии с ширина до 50 км и изминават разстояние от 200-250 км. Бурна буря в Москва и Московска област през 1998 г. повреди покривите на много къщи и събори дървета.

Торнадо, наречени торнадо в Северна Америка, са мощни, фуниевидни атмосферни вихри, често свързани с гръмотевични облаци. Това са стълбове на въздуха, стесняващи се в средата с диаметър от няколко десетки до стотици метри. Торнадото прилича на фуния, много подобна на хобота на слон, слизащ от облаците или издигащ се от повърхността на земята. Притежавайки силно разреждане и висока скорост на въртене, торнадото изминава до няколкостотин километра, като вкарва прах, вода от резервоари и различни предмети. Мощните торнадо са придружени от гръмотевични бури, дъжд и имат голяма разрушителна сила.

Торнадо рядко се срещат в субполярните или екваториалните райони, където е постоянно студено или горещо. Малко торнадо в открития океан. Торнадо се срещат в Европа, Япония, Австралия, САЩ, а в Русия те са особено чести в Централния Черноземен регион, в района на Москва, Ярославъл, Нижни Новгород и Иваново.

Торнадото вдига и движи коли, къщи, вагони, мостове. Особено разрушителни торнадо (торнадо) се наблюдават в САЩ. Всяка година има между 450 и 1500 торнадо със средно около 100 смъртни случая. Торнадото са бързодействащи катастрофални атмосферни процеси. Те се формират само за 20-30 минути, а животът им е 30 минути. Следователно е почти невъзможно да се предскаже времето и мястото на торнадото.

Циклоните са други разрушителни, но дългодействащи атмосферни вихри. Те се образуват поради спада на налягането, което при определени условия допринася за образуването на кръгово движение на въздушните потоци. Атмосферните вихри възникват около мощни възходящи течения на влажен топъл въздух и се въртят с висока скорост по посока на часовниковата стрелка в южното полукълбо и обратно на часовниковата стрелка в северното. Циклоните, за разлика от торнадо, възникват над океаните и произвеждат своите разрушителни действия над континентите. Основните разрушителни фактори са силните ветрове, интензивните валежи под формата на снеговалежи, дъждовни бури, градушки и наводнения. Ветровете със скорост 19 - 30 m / s образуват буря, 30 - 35 m / s - буря и повече от 35 m / s - ураган.

Тропическите циклони - урагани и тайфуни - имат средна ширина от няколкостотин километра. Скоростта на вятъра в циклона достига ураганна сила. Тропическите циклони продължават от няколко дни до няколко седмици, движейки се със скорост от 50 до 200 км / ч. Циклоните със средна ширина имат по-голям диаметър. Напречните им размери варират от хиляда до няколко хиляди километра, скоростта на вятъра е бурна. Те се движат в северното полукълбо от запад и са придружени от градушка и снеговалеж, които са катастрофални. Циклоните и свързаните с тях урагани и тайфуни са най-големите атмосферни бедствия след наводнения по отношение на жертвите и щетите. В гъсто населените райони на Азия броят на жертвите по време на урагани се измерва в хиляди. През 1991 г. в Бангладеш, по време на ураган, причинил образуването на морски вълни с височина 6 м, загинаха 125 хиляди души. Тайфуните нанасят големи щети на територията на САЩ. В този случай десетки и стотици хора умират. В Западна Европа ураганите нанасят по-малко щети.

Гръмотевичните бури се считат за катастрофално атмосферно явление. Те възникват, когато топлият влажен въздух се издига много бързо. На границата на тропическите и субтропичните зони гръмотевичните бури се появяват 90-100 дни в годината, в умерения пояс 10-30 дни. У нас най-голям брой гръмотевични бури се случват в Северен Кавказ.

Гръмотевичните бури обикновено продължават по-малко от час. Интензивни поройни дъждове, градушки, удари от мълнии, пориви на вятъра, вертикални въздушни течения представляват особена опасност. Опасността от повреда от градушки се определя от размера на градушките. В Северен Кавказ масата на градушките някога е достигала 0,5 кг, а в Индия са били отбелязвани градушки с тегло 7 кг. Най-опасните райони у нас се намират в Северен Кавказ. През юли 1992 г. градушка повреди 18 самолета на летището в Минерални води.

Опасните атмосферни явления включват мълнии. Те убиват хора, добитък, причиняват пожари, повреждат електропреносната мрежа. Гръмотевичните бури и техните последици годишно убиват около 10 000 души по света. Освен това в някои региони на Африка, във Франция и САЩ броят на жертвите от мълнии е по-голям, отколкото от други природни явления. Годишните икономически щети от гръмотевични бури в САЩ са най-малко 700 милиона долара.

Сушите са типични за пустинните, степните и горскостепните райони. Липсата на атмосферни валежи води до изсушаване на почвата, понижаване нивото на подпочвените води и във водните тела, докато те изсъхнат напълно. Недостигът на влага води до смърт на растителност и посеви. Сушите са особено тежки в Африка, Близкия и Средния Изток, Централна Азия и Южна Северна Америка.

Сушите променят условията на човешкия живот, оказват неблагоприятно въздействие върху естествената среда чрез процеси като засоляване на почвата, сухи ветрове, прашни бури, ерозия на почвата и горски пожари. Пожарите са особено тежки по време на суша в районите на тайгата, тропическите и субтропичните гори и саваните.

Сушите са краткосрочни процеси, които продължават един сезон. В случай, че сушата продължи повече от два сезона, съществува заплаха от глад и масова смърт. Обикновено сушата засяга територията на една или повече държави. Продължителните суши с трагични последици са особено чести в региона на Сахел в Африка.

Големи щети причиняват такива атмосферни явления като снеговалежи, краткотрайни проливни дъждове и продължителни продължителни валежи. Снеговалежите причиняват масивни лавини в планините, а бързото топене на падналия сняг и обилните проливни дъждове водят до наводнения. Огромната маса вода, падаща на земната повърхност, особено в безлесни райони, причинява силна ерозия на почвената покривка. Наблюдава се интензивен растеж на дерето-дерета. Наводненията възникват в резултат на големи наводнения по време на обилни валежи или наводнения след внезапно затопляне или пролетно топене на снега и следователно са атмосферни явления по произход (те са разгледани в главата за екологичната роля на хидросферата).

Антропогенни промени в атмосферата

В момента има много различни източници от антропогенен характер, които причиняват замърсяване на въздуха и водят до сериозни нарушения в екологичното равновесие. По отношение на мащаба два източника имат най-голямо въздействие върху атмосферата: транспорт и промишленост. Средно транспортът представлява около 60% от общото количество атмосферно замърсяване, индустрията - 15, топлинната енергия - 15, технологиите за унищожаване на битови и промишлени отпадъци - 10%.

Транспортът, в зависимост от използваното гориво и видовете окислители, освобождава в атмосферата азотни оксиди, сяра, оксиди и диоксиди на въглерод, олово и неговите съединения, сажди, бензопирен (вещество от групата на полицикличните ароматни въглеводороди, което е силен канцероген, който причинява рак на кожата).

Промишлеността излъчва в атмосферата серен диоксид, въглеродни оксиди и диоксиди, въглеводороди, амоняк, сероводород, сярна киселина, фенол, хлор, флуор и други съединения и химикали. Но доминиращата позиция сред емисиите (до 85%) е прахът.

В резултат на замърсяването прозрачността на атмосферата се променя, в нея се появяват аерозоли, смог и киселинни дъждове.

Аерозолите са дисперсни системи, състоящи се от твърди частици или течни капчици, суспендирани в газообразна среда. Размерът на частиците на дисперсната фаза обикновено е 10 -3 -10 -7 см. В зависимост от състава на диспергираната фаза аерозолите се разделят на две групи. Единият включва аерозоли, състоящи се от твърди частици, диспергирани в газообразна среда, вторият - аерозоли, които са смес от газообразна и течна фази. Първите се наричат \u200b\u200bдимчета, а вторите - мъгли. В процеса на тяхното формиране центровете за кондензация играят важна роля. Вулканична пепел, космически прах, продукти от индустриални емисии, различни бактерии и др. Действат като кондензационни ядра. Броят на възможните източници на концентрационни ядра непрекъснато нараства. Така например, когато сухата трева е унищожена от огън на площ от 4000 м 2, се образуват средно 11 * 10 22 аерозолни ядра.

Аерозолите започнаха да се образуват от момента, в който нашата планета се появи и повлия природни условия... Въпреки това, количеството и действията им, балансирани с общото движение на веществата в природата, не причиняват дълбоки екологични промени. Антропогенните фактори на тяхното формиране са изместили този баланс към значителни биосферни претоварвания. Тази характеристика е особено изразена от времето, когато човечеството започва да използва специално създадени аерозоли както под формата на токсични вещества, така и за растителна защита.

Най-опасни за растителността са аерозолите на серен диоксид, флуороводород и азот. При контакт с мократа повърхност на листа те образуват киселини, които имат вредно въздействие върху живите. Киселинните мъгли попадат в дихателните органи на животните и хората заедно с вдишания въздух и въздействат агресивно на лигавиците. Някои от тях разлагат живата тъкан, а радиоактивните аерозоли причиняват рак. Сред радиоактивните изотопи Sr 90 е особено опасен не само заради канцерогенността си, но и като аналог на калция, замествайки го в костите на организмите, причинявайки тяхното разлагане.

По време на ядрени експлозии в атмосферата се образуват радиоактивни аерозолни облаци. Малки частици с радиус 1-10 микрона попадат не само в горните слоеве на тропосферата, но и в стратосферата, в която са в състояние да се задържат дълго време. Аерозолните облаци също се образуват по време на работа на реактори на индустриални инсталации, които произвеждат ядрено гориво, както и в резултат на аварии в атомните електроцентрали.

Смогът е смес от аерозоли с течни и твърди дисперсни фази, които образуват мъглива завеса над индустриални зони и големи градове.

Има три вида смог: леден, мокър и сух. Леденият смог се нарича Аляска. Това е комбинация от газообразни замърсители с добавяне на прахови частици и ледени кристали, които се появяват при замръзване на капчици мъгла и пара от отоплителни системи.

Влажният смог или лондонският тип смог понякога се нарича зимен смог. Това е смес от газообразни замърсители (главно сярен анхидрит), прахови частици и капчици мъгла. Метеорологичната предпоставка за появата на зимен смог е спокойното време, при което слой топъл въздух е разположен над повърхностния слой на студения въздух (под 700 m). В същото време отсъства не само хоризонтален, но и вертикален обмен. Замърсителите, обикновено разпръснати във високи слоеве, в този случай се натрупват в повърхностния слой.

Сухият смог се появява през лятото и често е наричан смог от Лос Анджелис. Това е смес от озон, въглероден окис, азотни оксиди и киселинни пари. Такъв смог се образува в резултат на разлагането на замърсителите от слънчевата радиация, особено неговата ултравиолетова част. Метеорологичната предпоставка е атмосферна инверсия, която се изразява в появата на слой студен въздух над топлия въздух. Обикновено газовете и твърдите частици, повдигнати от топли въздушни течения, след това се разпръскват в горните студени слоеве, но в този случай те се натрупват в инверсионния слой. В процеса на фотолиза азотният диоксид, образуван по време на изгарянето на горивото в автомобилните двигатели, се разпада:

NO 2 → NO + О

След това се синтезира озон:

O + O 2 + M → O 3 + M

NO + O → NO 2

Фотодисоциационните процеси са придружени от жълто-зелен блясък.

Освен това се получават реакции от типа: SO 3 + H 2 0 -\u003e H 2 SO 4, тоест силна сярна киселина.

С промяна в метеорологичните условия (вятър или влажност), студеният въздух се разсейва и смогът изчезва.

Наличието на канцерогенни вещества в смога води до дихателна недостатъчност, дразнене на лигавиците, нарушения на кръвообращението, астматично задушаване и често смърт. Смогът е особено опасен за малки деца.

Киселинният дъжд представлява валежиподкислени от промишлени емисии на разтворени в тях оксиди на сяра, азот и пари на хлорна киселина и хлор. В процеса на изгаряне на въглища и газ, по-голямата част от съдържащата се в тях сяра, както под формата на оксид, така и в съединения с желязо, по-специално в пирит, пиротин, халкопирит и др., Се превръща в серен оксид, който заедно с въглеродния диоксид се отделя в атмосфера. Когато атмосферните азотни и промишлени емисии се комбинират с кислород, се образуват различни азотни оксиди и обемът на образуваните азотни оксиди зависи от температурата на горене. По-голямата част от азотните оксиди се получава по време на експлоатацията на превозни средства и дизелови локомотиви, а по-малка част се отчита от енергийния сектор и промишлените предприятия. Сярните и азотните оксиди са основните образуващи киселини. При взаимодействие с атмосферния кислород и водните пари в него се образуват сярна и азотна киселини.

Известно е, че алкално-киселинният баланс на средата се определя от стойността на рН. Неутралната среда има рН 7, кисела среда 0 и алкална среда 14. В днешно време дъждовната вода има рН 5,6, въпреки че в близкото минало е била неутрална. Намаляването на стойността на рН с единица съответства на десетократно увеличение на киселинността и следователно в днешно време почти навсякъде вали с повишена киселинност. Максималната киселинност при валежи, регистрирана в Западна Европа, е 4-3,5 pH. Трябва да се има предвид, че стойността на рН 4-4,5 е фатална за повечето риби.

Киселинните дъждове имат агресивен ефект върху растителната покривка на Земята, върху индустриалните и жилищни сгради и допринасят за значително ускоряване на изветрянето на откритите скали. Повишаването на киселинността предотвратява саморегулирането на неутрализирането на почвите, в които те се разтварят хранителни вещества... От своя страна това води до рязко намаляване на добива и причинява деградация на растителната покривка. Киселинността на почвата допринася за отделянето на тежки в свързано състояние, които постепенно се абсорбират от растенията, причинявайки им сериозни увреждания на тъканите и прониквайки в човешката хранителна верига.

Промяната в алкално-киселинния потенциал на морските води, особено в плитките води, води до прекратяване на размножаването на много безгръбначни, причинява смъртта на рибите и нарушава екологичното равновесие в океаните.

В резултат на киселинните дъждове горите от Западна Европа, балтийските държави, Карелия, Урал, Сибир и Канада са застрашени от смърт.

Горната му граница е разположена на надморска височина от 8-10 км в полярни, 10-12 км в умерени и 16-18 км в тропически ширини; по-ниски през зимата, отколкото през лятото. Долният, основен слой на атмосферата. Съдържа повече от 80% от общата маса на атмосферния въздух и около 90% от всички водни пари в атмосферата. Турбулентността и конвекцията са силно развити в тропосферата, появяват се облаци, развиват се циклони и антициклони. Температурата намалява с увеличаване на надморската височина със среден вертикален градиент от 0,65 ° / 100 m

За "нормални условия" на повърхността на Земята се вземат: плътност 1,2 kg / m3, барометрично налягане 101,35 kPa, температура плюс 20 ° C и относителна влажност 50%. Тези условни показатели са от чисто инженерно значение.

Стратосфера

Слоят на атмосферата, разположен на височина от 11 до 50 км. Характерни са леко изменение на температурата в слоя 11-25 км (долната стратосфера) и увеличаването му в слоя 25-40 км от -56,5 до 0,8 ° (горната стратосфера или инверсионната област). След като достигна стойност от около 273 К (почти 0 ° С) на височина от около 40 км, температурата остава постоянна до надморска височина от около 55 км. Тази област с постоянна температура се нарича стратопауза и е границата между стратосферата и мезосферата.

Стратопауза

Граничният слой на атмосферата между стратосферата и мезосферата. Вертикалното разпределение на температурата има максимум (около 0 ° C).

Мезосфера

Мезопауза

Преходен слой между мезосферата и термосферата. При вертикалното разпределение на температурата има минимум (около -90 ° C).

Джобна линия

Височина над морското равнище, която обикновено се приема като граница между земната атмосфера и космоса.

Термосфера

Горната граница е около 800 км. Температурата се повишава до надморска височина от 200-300 км, където достига стойности от порядъка на 1500 К, след което остава почти постоянна до голяма надморска височина. Под въздействието на ултравиолетовата и рентгеновата слънчева радиация и космическата радиация възниква йонизация на въздуха ("полярни сияния") - основните области на йоносферата лежат вътре в термосферата. На височини над 300 км преобладава атомният кислород.

Екзосфера (кълбо на дисперсия)

До надморска височина от 100 км атмосферата е 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 пада от 0 ° C в стратосферата до -110 ° C в мезосферата. Кинетичната енергия на отделните частици обаче на височина 200-250 км съответства на температура ~ 1500 ° C. Над 200 км се наблюдават значителни колебания на температурата и плътността на газовете във времето и пространството.

На височина около 2000-3000 км екзосферата постепенно се превръща в т.нар вакуум в близост до космоса, който е изпълнен със силно разредени частици 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. Освен изключително разредени прахоподобни частици, в това пространство прониква електромагнитно и корпускуларно лъчение 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 надморска 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, хомогенна част от атмосферата, наречена хомосфера. Границата между тези слоеве се нарича турбопауза; тя се намира на надморска височина от около 120 км.

Физически свойства

Дебелината на атмосферата е приблизително 2000 - 3000 км от повърхността на Земята. Общата маса на въздуха е (5,1-5,3) × 10 18 кг. Моларната маса на чист сух въздух е 28,966. Налягане при 0 ° C на морското равнище 101,325 kPa; критична температура - 140,7 ° C; критично налягане 3,7 MPa; C p 1.0048 × 10 J / (kg K) (при 0 ° C), C v 0.7159 10? J / (kg K) (при 0 ° C). Разтворимост на въздуха във вода при 0 ° С - 0,036%, при 25 ° С - 0,22%.

Физиологични и други свойства на атмосферата

Вече на височина 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. Потокът на кислород към 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 на височина 15-19 км.

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

Когато се издига на все по-голяма височина над повърхността на Земята, познати за нас явления, наблюдавани в долните слоеве на атмосферата, като разпространението на звука, появата на аеродинамичен лифт и съпротивление, пренос на топлина чрез конвекция, постепенно отслабват и след това напълно изчезват.

Разпространението на звука е невъзможно в разредени въздушни слоеве. До височини от 60-90 км все още е възможно да се използва въздушно съпротивление и повдигане за контролиран аеродинамичен полет. Но започвайки от височини от 100-130 км, понятията за числото М и звуковата бариера, познати на всеки пилот, губят значението си, преминава условната линия на Карман, зад която започва сферата на чисто балистичния полет, която може да се контролира само с помощта на реактивни сили.

На височини над 100 км в атмосферата липсва и друго забележително свойство - способността да абсорбира, провежда и предава термална енергия чрез конвекция (т.е. чрез смесване на въздух). Това означава, че различни елементи от оборудването, оборудването на орбиталната космическа станция няма да могат да се охлаждат отвън, както обикновено се прави на самолет - с помощта на въздушни струи и въздушни радиатори. На тази надморска височина, както и в космоса като цяло, единственият начин за пренос на топлина е топлинното излъчване.

Състав на атмосферата

Земната атмосфера се състои главно от газове и различни примеси (прах, водни капчици, ледени кристали, морски соли, продукти от горенето).

Концентрацията на газове, съставляващи атмосферата, е практически постоянна, с изключение на вода (H 2 O) и въглероден диоксид (CO 2).

В допълнение към газовете, посочени в таблицата, атмосферата съдържа SO 2, NH 3, CO, озон, въглеводороди, HCl, пари, I 2, както и много други газове в малки количества. В тропосферата постоянно се намират голям брой суспендирани твърди и течни частици (аерозол).

История на формирането на атмосферата

Според най-широко разпространената теория атмосферата на Земята с течение на времето е била в четири различни състава. Първоначално се е състоял от леки газове (водород и хелий), уловени от междупланетното пространство. Това е т.нар първична атмосфера(преди около четири милиарда години). На следващия етап активната вулканична активност доведе до насищане на атмосферата с газове, различни от водород (въглероден диоксид, амоняк, водни пари). Така се формира вторична атмосфера(около три милиарда години до наши дни). Атмосферата беше възстановителна. Освен това процесът на формиране на атмосферата се определя от следните фактори:

• изтичане на леки газове (водород и хелий) в междупланетното пространство;
• химични реакции, които протичат в атмосферата под въздействието на ултравиолетово лъчение, мълниезащита 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).

Азот

Образуването на голямо количество N 2 се дължи на окисляването на амонячно-водородната атмосфера от молекулен O 2, който започва да тече от повърхността на планетата в резултат на фотосинтеза, започвайки преди 3 милиарда години. Също така, N 2 се освобождава в атмосферата в резултат на денитрификация на нитрати и други азотсъдържащи съединения. Азотът се окислява от озона до NO в горните слоеве на атмосферата.

Азотът N 2 реагира само при специфични условия (например по време на удар на мълния). Окислението на молекулярния азот с озон по време на електрически разряди се използва в промишленото производство на азотни торове. Може да се окисли с ниска консумация на енергия и да се превърне в биологично активна форма от цианобактерии (синьо-зелени водорасли) и възлови бактерии, които образуват ризобиална симбиоза с бобови растения, т.нар. сидерати.

Кислород

Съставът на атмосферата започва радикално да се променя с появата на живи организми на Земята, в резултат на фотосинтезата, придружена от отделянето на кислород и абсорбцията на въглероден диоксид. Първоначално кислородът се изразходва за окисляване на редуцирани съединения - амоняк, въглеводороди, железната форма на желязо, съдържаща се в океаните и др. В края на този етап съдържанието на кислород в атмосферата започва да расте. Постепенно се формира модерна атмосфера с окислителни свойства. Тъй като това предизвика сериозни и резки промени в много процеси, протичащи в атмосферата, литосферата и биосферата, това събитие беше наречено кислородна катастрофа.

Въглероден двуокис

Съдържанието на CO 2 в атмосферата зависи от вулканичната активност и химичните процеси в земните черупки, но най-вече от интензивността на биосинтеза и разлагането на органични вещества в земната биосфера. Почти цялата настояща биомаса на планетата (около 2,4 × 10 12 тона) идва от въглеродния диоксид, азота и водните пари, съдържащи се в атмосферен въздух... Погребана в океана, блата и гори, органичното вещество се превръща във въглища, нефт и природен газ. (виж Геохимичен цикъл на въглерода)

Благородни газове

Замърсяване на въздуха

AT отскоро човекът започна да влияе върху еволюцията на атмосферата. Резултатът от неговата дейност е постоянно значително увеличаване на съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата поради изгарянето на въглеводородни горива, натрупани в предишни геоложки епохи. Огромни количества CO 2 се консумират по време на фотосинтеза и се абсорбират от световния океан. Този газ влиза в атмосферата поради разлагането на карбонатните скали и органична материя от растителен и животински произход, както и поради вулканизъм и човешки производствени дейности. През последните 100 години съдържанието на CO 2 в атмосферата се е увеличило с 10%, като по-голямата част (360 милиарда тона) идва от изгарянето на гориво. Ако темповете на нарастване на изгарянето на горивата продължат, през следващите 50-60 години количеството СО 2 в атмосферата ще се удвои и може да доведе до глобални климатични промени.

Изгарянето на гориво е основният източник на замърсяващи газове (CO, SO 2). Сярният диоксид се окислява от атмосферния кислород до SO 3 в горните слоеве на атмосферата, който от своя страна взаимодейства с вода и амонячни пари, а получената сярна киселина (Н 2 SO 4) и амониев сулфат ((NH 4) 2 SO 4) се връщат в повърхността на Земята под формата на т.нар. киселинен дъжд. Използването на двигатели с вътрешно горене води до значително замърсяване на атмосферата с азотни оксиди, въглеводороди и оловни съединения (тетраетил олово Pb (CH 3 CH 2) 4)).

Аерозолното замърсяване на атмосферата се причинява както от естествени причини (вулканични изригвания, прашни бури, пренасяне на капчици морска вода и прашец на растения и др.), Така и икономически дейности човешки (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 климатични промени на планетата.

Литература

1. В. В. Парин, Ф. П. Космолински, Б. А. Душков „Космическа биология и медицина“ (2-ро издание, преработено и увеличено), Москва: „Образование“, 1975 г., 223 стр.
2. Н. В. Гусакова „Химия заобикаляща среда», Ростов на Дон: Феникс, 2004, 192 с ISBN 5-222-05386-5
3. Соколов В. А .. Геохимия на природните газове, М., 1971;
4. McEwen M., Phillips L. .. Химия на атмосферата, М., 1978;
5. Работа К., Уорнър С., Замърсяване на въздуха. Източници и контрол, прев. от английски, М .. 1980;
6. Мониторинг на фоново замърсяване естествена среда... в. 1, Л., 1982.

Вижте също

Връзки

Атмосферният въздух се състои от азот (77,99%), кислород (21%), инертни газове (1%) и въглероден диоксид (0,01%). Делът на въглеродния диоксид се увеличава с течение на времето поради отделянето на продукти от изгарянето на гориво в атмосферата, а освен това площта на горите, които абсорбират въглероден диоксид и отделят кислород, намалява.

В атмосферата има и малко количество озон, който е концентриран на височина около 25-30 км и образува така наречения озонов слой. Този слой създава бариера за слънчевата ултравиолетова радиация, която е опасна за живите организми на Земята.

Освен това атмосферата съдържа водни пари и различни примеси - прахови частици, сажди и т.н. Концентрацията на примеси е по-висока на повърхността на земята и в определени области: над големите градове.

Следващият слой на атмосферата е стратосфера... Въздухът в него е много по-разреден, има много по-малко водни пари в него. Температурата в долната част на стратосферата е -60 - -80 ° С и намалява с увеличаване на надморската височина. Именно в стратосферата се намира озоновият слой. Стратосферата се характеризира с висока скорост на вятъра (до 80-100 m / s).

Мезосфера - средният слой на атмосферата, разположен над стратосферата на височини от 50 до S0-S5 км. Мезосферата се характеризира с намаляване на средната температура с надморска височина от 0 ° С в долната граница до -90 ° С в горната граница. Близо до горната граница на мезосферата се наблюдават непрозрачни облаци, осветени от слънцето през нощта. на горната граница на мезосферата е 200 пъти по-малко, отколкото на земната повърхност.

Термосфера - намира се над мезосферата, на височини от SO до 400-500 км, в нея температурата отначало бавно, а след това бързо започва да се покачва отново. Причината е поглъщането на ултравиолетова светлина на височина 150-300 км. В термосферата температурата се повишава непрекъснато до надморска височина от около 400 км, където достига 700 - 1500 ° C (в зависимост от слънчевата активност). Йонизацията на въздуха възниква и под въздействието на ултравиолетово, рентгеново и космическо лъчение (""). Основните области на йоносферата се намират в термосферата.

Екзосфера - външният, най-разреден слой на атмосферата, той започва на надморска височина от 450 000 км, а горната му граница е на разстояние няколко хиляди км от земната повърхност, където концентрацията на частици става същата като в междупланетното пространство. Екзосферата е съставена от йонизиран газ (плазма); долната и средната част на екзосферата се състоят предимно от кислород и азот; с увеличаване на надморската височина относителната концентрация на леки газове, особено йонизиран водород, нараства бързо. Температура в екзосферата 1300-3000 ° С; с височина расте слабо. В екзосферата основно се намират радиационните пояси на Земята.

Състав на атмосферата. Въздушната обвивка на нашата планета - атмосфера предпазва земната повърхност от вредното въздействие на ултравиолетовото лъчение на слънцето върху живите организми. Той предпазва Земята от космически частици - прах и метеорити.

Атмосферата се състои от механична смес от газове: 78% от нейния обем е азот, 21% е кислород и по-малко от 1% е хелий, аргон, криптон и други инертни газове. Количеството кислород и азот във въздуха практически не се променя, тъй като азотът почти не влиза в съединения с други вещества, а кислородът, който, макар и много активен и консумиран за дишане, окисляване и изгаряне, непрекъснато се попълва от растенията.

До надморска височина от около 100 км процентът на тези газове остава практически непроменен. Това се дължи на факта, че въздухът непрекъснато се смесва.

В допълнение към тези газове атмосферата съдържа около 0,03% въглероден диоксид, който обикновено е концентриран близо до земната повърхност и разпределен неравномерно: в градовете, индустриалните центрове и районите с вулканична активност количеството му се увеличава.

В атмосферата винаги има определено количество примеси - водни пари и прах. Съдържанието на водна пара зависи от температурата на въздуха: колкото по-висока е температурата, толкова повече въздух съдържа въздухът. Поради наличието на парообразна вода във въздуха са възможни атмосферни явления като дъги, пречупване на слънчевата светлина и др.

Прахът навлиза в атмосферата по време на вулканични изригвания, пясъчни и прашни бури, с непълно изгаряне на гориво в ТЕЦ и др.

Структурата на атмосферата. Плътността на атмосферата се променя с височината: на повърхността на Земята тя е най-висока и намалява с издигане. И така, на височина 5,5 км атмосферната плътност е 2 пъти, а на височина 11 км - 4 пъти по-малка, отколкото в повърхностния слой.

В зависимост от плътността, състава и свойствата на газовете атмосферата е разделена на пет концентрични слоя (фиг. 34).

Фигура: 34. Вертикален разрез на атмосферата (атмосферна стратификация)

1. Извиква се долният слой тропосфера. Горната му граница минава на височина 8-10 км при полюсите и 16-18 км при екватора. Тропосферата съдържа до 80% от цялата маса на атмосферата и почти цялата водна пара.

Температурата на въздуха в тропосферата намалява с надморска височина с 0,6 ° C на всеки 100 m и в горната й граница е -45-55 ° C.

Въздухът в тропосферата постоянно се смесва, движейки се в различни посоки. Само тук се наблюдават мъгли, дъждове, снеговалежи, гръмотевични бури, бури и други метеорологични условия.

2. По-горе се намира стратосфера, който се простира на височина 50-55 км. Плътността и налягането на въздуха в стратосферата са незначителни. По-тънкият въздух съдържа същите газове като тропосферата, но съдържа повече озон. Най-високата концентрация на озон се наблюдава на височина 15-30 км. Температурата в стратосферата се повишава с височина и достига 0 ° C и повече в горната си граница. Това е така, защото озонът поглъща късо вълнова част от слънчевата енергия, в резултат на което въздухът се загрява.

3. Над стратосферата лежи мезосфера, простираща се на височина 80 км. В него температурата отново спада и достига -90 ° C. Плътността на въздуха там е 200 пъти по-малка, отколкото на повърхността на Земята.

4. Над мезосферата е термосфера (от 80 до 800 км). Температурата в този слой се повишава: на надморска височина от 150 км до 220 ° C; на височина 600 км до 1500 ° С. Газовете в атмосферата (азот и кислород) са в йонизирано състояние. Под действието на късовълнова слънчева радиация отделните електрони се отделят от черупките на атомите. В резултат на това в този слой - йоносфера се появяват слоеве заредени частици. Най-плътният им слой се намира на височина 300-400 км. Поради ниската плътност слънчевите лъчи не се разпръскват там, така че небето е черно, звездите и планетите ярко блестят върху него.

В йоносферата, полярни светлини, образуват се мощни електрически токове, които причиняват смущения в земното магнитно поле.

5. Външната обвивка се намира над 800 км - екзосфера. Скоростта на движение на отделни частици в екзосферата се доближава до критичната - 11,2 mm / s, така че отделните частици могат да преодолеят гравитацията на земята и да отидат в космоса.

Значението на атмосферата. Ролята на атмосферата в живота на нашата планета е изключително голяма. Без нея Земята би била мъртва. Атмосферата предпазва земната повърхност от интензивно нагряване и охлаждане. Неговият ефект може да се оприличи на ролята на стъклото в оранжериите: пропускане на слънчевите лъчи и предотвратяване отделянето на топлина.

Атмосферата предпазва живите организми от къси вълни и корпускуларна радиация от Слънцето. Атмосферата е средата, в която се появяват метеорологичните явления, с която е свързана цялата човешка дейност. Изследването на тази черупка се извършва в метеорологичните станции. Денем и нощем, при всяко време, метеоролозите наблюдават състоянието на долната атмосфера. Четири пъти на ден и на много станции се измерват почасова температура, налягане, влажност, облачност, посока и скорост на вятъра, валежи, електрически и звукови явления в атмосферата. Метеорологичните станции са разположени навсякъде: в Антарктида и във влажни тропически гори, по високи планини и в необятните простори на тундрата. Наблюдения се провеждат и върху океаните от специално построени кораби.

От 30-те години. XX век наблюденията започнаха в свободна атмосфера. Те започват да изстрелват радиозонд, който се издига на височина 25-35 км и с помощта на радиооборудване предава на Земята информация за температура, налягане, влажност на въздуха и скорост на вятъра. В наше време широко се използват и метеорологичните ракети и сателити. Последните разполагат с телевизионни инсталации, които предават изображения на земната повърхност и облаци.

| |
5. Въздушна обвивка на земята§ 31. Нагряване на атмосферата

Атмосферата е газообразната обвивка на нашата планета, която се върти със Земята. Газът в атмосферата се нарича въздух. Атмосферата е в контакт с хидросферата и частично покрива литосферата. Но горните граници са трудни за дефиниране. Конвенционално се приема, че атмосферата се простира нагоре за около три хиляди километра. Там той плавно се влива в безвъздушно пространство.

Химичният състав на земната атмосфера

Формиране химичен състав атмосферата започна преди около четири милиарда години. Първоначално атмосферата се състоеше само от леки газове - хелий и водород. Според учените първоначалните предпоставки за създаване на газова обвивка около Земята са вулканични изригвания, които заедно с лава отделят огромно количество газове. По-късно обменът на газ започва с водни пространства, с живи организми, с продуктите от тяхната дейност. Съставът на въздуха постепенно се променя и в сегашния си вид е записан преди няколко милиона години.

Основните съставки на атмосферата са азотът (около 79%) и кислородът (20%). Останалият процент (1%) се пада върху следните газове: аргон, неон, хелий, метан, въглероден диоксид, водород, криптон, ксенон, озон, амоняк, сяра и азотен диоксид, азотен оксид и въглероден оксид, включени в този процент.

Освен това въздухът съдържа водни пари и твърди частици (растителен прашец, прах, кристали на сол, аерозолни примеси).

Наскоро учените отбелязват не качествена, а количествена промяна в някои въздушни съставки. И причината за това е човекът и неговите дейности. Само през последните 100 години съдържанието на въглероден диоксид се е увеличило значително! Това е изпълнено с много проблеми, най-глобалният от които е изменението на климата.

Формиране на времето и климата

Атмосферата играе критична роля за формирането на климата и времето на Земята. Много зависи от количеството слънчева светлина, от естеството на подлежащата повърхност и атмосферната циркулация.

Нека разгледаме факторите по ред.

1. Атмосферата позволява преминаването на топлината на слънчевата светлина и поглъща вредното лъчение. Древните гърци са знаели, че лъчите на Слънцето падат върху различни части на Земята под различни ъгли. Самата дума "климат" в превод от древногръцки означава "наклон". И така, на екватора слънчевите лъчи падат почти вертикално, защото тук е много горещо. Колкото по-близо до полюсите, толкова по-голям е ъгълът на наклон. И температурата намалява.

2. Поради неравномерното нагряване на Земята в атмосферата се образуват въздушни течения. Те се класифицират според техния размер. Най-малките (десетки и стотици метри) са местните ветрове. Това е последвано от мусони и пасати, циклони и антициклони, планетни фронтални зони.

Всички тези въздушни маси постоянно се движи. Някои от тях са доста статични. Например пасатите, които духат от субтропиците към екватора. Движението на другите до голяма степен зависи от атмосферното налягане.

3. Атмосферното налягане е друг фактор, влияещ върху формирането на климата. Това е налягането на въздуха върху повърхността на земята. Както е известно, въздушните маси се придвижват от зона с повишено атмосферно налягане към зона, където това налягане е по-ниско.

Общо има 7 зони. Екваторът е зона с ниско налягане. Освен това, от двете страни на екватора до тридесетте ширини - зона с високо налягане. От 30 ° до 60 ° - отново ниско налягане. И от 60 ° до полюсите - зона с високо налягане. Между тези зони циркулират въздушни маси. Тези, които преминават от морето към сушата, носят дъждове и лошо време, а тези, които духат от континентите - ясно и сухо време. На места, където въздушните течения се сблъскват, се образуват зони на атмосферен фронт, които се характеризират с валежи и лоши условия, ветровито време.

Учените са доказали, че дори благосъстоянието на човек зависи от атмосферното налягане. Според международните стандарти нормалното атмосферно налягане е 760 mm Hg. колона при температура 0 ° С. Този показател е предназначен за онези суши, които са почти равни с морското равнище. Налягането намалява с височината. Следователно, например, за Санкт Петербург 760 mm Hg. е нормата. Но за Москва, която е разположена по-високо, нормалното налягане е 748 mm Hg.

Налягането се променя не само вертикално, но и хоризонтално. Това се усеща особено при преминаване през циклони.

Структурата на атмосферата

Атмосферата напомня бутер тесто. И всеки слой има свои собствени характеристики.

. Тропосфера- най-близкият до Земята слой. "Дебелината" на този слой се променя с отдалечаване от екватора. Над екватора слоят се простира нагоре за 16-18 км, в умерените зони - за 10-12 км, при полюсите - за 8-10 км.

Тук се съдържат 80% от общата маса на въздуха и 90% от водната пара. Тук се образуват облаци, появяват се циклони и антициклони. Температурата на въздуха зависи от височината на терена. Средно пада с 0,65 ° C на всеки 100 метра.

. Тропопауза- преходният слой на атмосферата. Височината му е от няколкостотин метра до 1-2 км. Температурата на въздуха е по-висока през лятото, отколкото през зимата. Така например, над полюсите през зимата -65 ° C. И над екватора по всяко време на годината той поддържа -70 ° C.

. Стратосфера- Това е слой, чиято горна граница тече на височина 50-55 километра. Турбулентността тук е ниска, съдържанието на водна пара във въздуха е незначително. Но има много озон. Максималната му концентрация е на височина 20-25 км. В стратосферата температурата на въздуха започва да се повишава и достига + 0,8 ° С. Това се дължи на факта, че озоновият слой взаимодейства с ултравиолетовото лъчение.

. Стратопауза- нисък междинен слой между стратосферата и мезосферата, следваща я.

. Мезосфера- горната граница на този слой е 80-85 километра. Тук протичат сложни фотохимични процеси, включващи свободни радикали. Те осигуряват онова нежно синьо сияние на нашата планета, което се вижда от космоса.

Повечето комети и метеорити изгарят в мезосферата.

. Мезопауза- следващият междинен слой, температурата на въздуха в който е най-малко -90 °.

. Термосфера- долната граница започва на височина 80 - 90 км, а горната граница на слоя минава на около 800 км. Температурата на въздуха се повишава. Може да варира от + 500 ° C до + 1000 ° C. Колебанията на температурата са стотици градуси през деня! Но въздухът тук е толкова рядък, че разбирането на термина „температура“, както си мислим, не е подходящо тук.

. Йоносфера- обединява мезосфера, мезопауза и термосфера. Въздухът тук се състои основно от молекули кислород и азот, както и квази неутрална плазма. Слънчевите лъчи, влизащи в йоносферата, силно йонизират въздушните молекули. В долния слой (до 90 км) степента на йонизация е ниска. Колкото по-висока, толкова повече йонизация. И така, на височина 100-110 км, електроните са концентрирани. Това допринася за отражението на къси до средни радиовълни.

Най-важният слой на йоносферата е горният, който се намира на височина 150-400 км. Неговата особеност е, че отразява радиовълните и това допринася за предаването на радиосигнали на големи разстояния.

Именно в йоносферата се появява такова явление като сиянието.

. Екзосфера- се състои от кислород, хелий и водородни атоми. Газът в този слой е много рядък и водородните атоми често излизат в космическото пространство. Следователно този слой се нарича "зона на разсейване".

Първият учен, който предположи, че нашата атмосфера има тежест, беше италианецът Е. Торичели. Остап Бендер, например, в романа си "Златният телец" се оплака, че въздушна колона с тегло 14 кг притиска всеки човек! Но великият комбинатор беше малко погрешен. Възрастен човек е под налягане от 13-15 тона! Но ние не усещаме тази тежест, защото атмосферното налягане се балансира от вътрешното налягане на човек. Теглото на нашата атмосфера е 5 300 000 000 000 000 тона. Цифрата е колосална, въпреки че е само милионна част от теглото на нашата планета.