Quelle est la température en Afrique en été. Saisons, météo et climat de l'Afrique du Nord

L'épaisseur de l'atmosphère est d'environ 120 km de la surface de la Terre. La masse totale d'air dans l'atmosphère est de (5,1-5,3) · 10 18 kg. Parmi ceux-ci, la masse d'air sec est de 5,1352 ± 0,0003 · 10 18 kg, la masse totale de vapeur d'eau est en moyenne de 1,27 · 10 16 kg.

Tropopause

La couche de transition de la troposphère à la stratosphère, la couche de l'atmosphère dans laquelle la température diminue avec la hauteur s'arrête.

Stratosphère

La couche de l'atmosphère située à une altitude de 11 à 50 km. Un léger changement de température dans la couche de 11-25 km (la couche inférieure de la stratosphère) et son augmentation dans la couche de 25-40 km de -56,5 à 0,8 ° (la couche supérieure de la stratosphère ou la région d'inversion) sont caractéristique. Ayant atteint une valeur d'environ 273 K (presque 0 ° C) à une altitude d'environ 40 km, la température reste constante jusqu'à une altitude d'environ 55 km. Cette région de température constante est appelée la stratopause et est la frontière entre la stratosphère et la mésosphère.

Stratopause

La couche limite de l'atmosphère entre la stratosphère et la mésosphère. La distribution verticale de la température a un maximum (environ 0 ° C).

Mésosphère

Atmosphère de la terre

Limite de l'atmosphère terrestre

Thermosphère

La limite supérieure est d'environ 800 km. La température monte à des altitudes de 200 à 300 km, où elle atteint des valeurs de l'ordre de 1500 K, après quoi elle reste presque constante jusqu'aux hautes altitudes. Sous l'influence des ultraviolets et des rayons X radiation solaire et le rayonnement cosmique, l'ionisation de l'air ("lumières polaires") se produit - les principales zones de l'ionosphère se trouvent à l'intérieur de la thermosphère. À des altitudes supérieures à 300 km, l'oxygène atomique prédomine. La limite supérieure de la thermosphère est en grande partie déterminée par l'activité actuelle du Soleil. Pendant les périodes de faible activité - par exemple, en 2008-2009 - il y a une diminution notable de la taille de cette couche.

Thermopause

La région de l'atmosphère adjacente au sommet de la thermosphère. Dans cette région, l'absorption du rayonnement solaire est négligeable et la température ne change pas réellement avec l'altitude.

Exosphère (Orbe de dispersion)

Jusqu'à une altitude de 100 km, l'atmosphère est un mélange homogène et bien mélangé de gaz. Dans les couches supérieures, la distribution des gaz le long de la hauteur dépend de leurs masses moléculaires; la concentration de gaz plus lourds diminue plus rapidement avec la distance de la surface de la Terre. En raison de la diminution de la densité des gaz, la température passe de 0 ° C dans la stratosphère à −110 ° C dans la mésosphère. Cependant, l'énergie cinétique des particules individuelles à des altitudes de 200-250 km correspond à une température de ~ 150 ° C. Au-dessus de 200 km, des fluctuations importantes de température et de densité des gaz sont observées dans le temps et dans l'espace.

À une altitude d'environ 2000 à 3500 km, l'exosphère se transforme progressivement en ce qu'on appelle vide dans l'espace proche, qui est rempli de particules hautement raréfiées de gaz interplanétaire, principalement des atomes d'hydrogène. Mais ce gaz n'est qu'une fraction de la matière interplanétaire. L'autre partie est constituée de particules en forme de poussière d'origine cométaire et météorique. Outre des particules de poussière extrêmement raréfiées, des rayonnements électromagnétiques et corpusculaires d'origine solaire et galactique pénètrent dans cet espace.

La troposphère représente environ 80% de la masse atmosphérique, la stratosphère - environ 20%; la masse de la mésosphère ne dépasse pas 0,3%, la thermosphère est inférieure à 0,05% de la masse totale de l'atmosphère. Sur la base des propriétés électriques de l'atmosphère, la neutrosphère et l'ionosphère sont distinguées. À l'heure actuelle, on pense que l'atmosphère s'étend jusqu'à une altitude de 2 000 à 3 000 km.

En fonction de la composition du gaz dans l'atmosphère, homosphère et hétérosphère. Hétérosphère - C'est la zone où la gravité affecte la séparation des gaz, car leur mélange à cette hauteur est négligeable. D'où la composition variable de l'hétérosphère. En dessous se trouve une partie bien mélangée de l'atmosphère, de composition homogène, appelée l'homosphère. La frontière entre ces couches s'appelle la turbopause; elle se situe à une altitude d'environ 120 km.

Propriétés physiologiques et autres de l'atmosphère

Déjà à une altitude de 5 km au-dessus du niveau de la mer, une personne non formée développe une privation d'oxygène et sans adaptation, la capacité de travail de la personne est considérablement réduite. C'est là que se termine la zone physiologique de l'atmosphère. La respiration humaine devient impossible à une altitude de 9 km, bien que l'atmosphère contienne de l'oxygène jusqu'à environ 115 km.

L'atmosphère nous fournit l'oxygène dont nous avons besoin pour respirer. Cependant, en raison de la baisse de la pression totale de l'atmosphère lors de sa montée en altitude, la pression partielle d'oxygène diminue également en conséquence.

Dans les couches d'air raréfiées, la propagation du son est impossible. Jusqu'à des hauteurs de 60 à 90 km, il est toujours possible d'utiliser la résistance à l'air et la portance pour un vol aérodynamique contrôlé. Mais à partir d'altitudes de 100-130 km, les concepts du nombre M et du mur du son, familiers à tout pilote, perdent leur sens: la ligne conditionnelle Karman y passe, au-delà de laquelle commence la zone de vol purement balistique, qui peut être contrôlé uniquement à l'aide de forces réactives

À des altitudes supérieures à 100 km, l'atmosphère manque également d'une autre propriété remarquable - la capacité d'absorber, de conduire et de transmettre l'énérgie thermique par convection (c'est-à-dire en mélangeant l'air). Cela signifie que divers éléments d'équipement, équipements de l'orbite station spatiale ne pourra pas refroidir de l'extérieur comme c'est généralement le cas en avion - à l'aide de jets d'air et de radiateurs à air. A cette altitude, comme dans l'espace en général, le seul moyen de transfert de chaleur est le rayonnement thermique.

Histoire de la formation de l'atmosphère

Selon la théorie la plus répandue, l'atmosphère terrestre au fil du temps était dans trois compositions différentes. Il se composait à l'origine de gaz légers (hydrogène et hélium) capturés dans l'espace interplanétaire. C'est le soi-disant atmosphère primaire (il y a environ quatre milliards d'années). Au stade suivant, l'activité volcanique active a conduit à la saturation de l'atmosphère avec d'autres gaz, à l'exception de l'hydrogène (dioxyde de carbone, ammoniac, vapeur d'eau). Donc il a été formé atmosphère secondaire (il y a environ trois milliards d'années). L'atmosphère était réparatrice. En outre, le processus de formation de l'atmosphère a été déterminé par les facteurs suivants:

• fuite de gaz légers (hydrogène et hélium) dans l'espace interplanétaire;
• réactions chimiques qui se produisent dans l'atmosphère sous l'influence du rayonnement ultraviolet, des décharges de foudre et de certains autres facteurs.

Progressivement, ces facteurs ont conduit à la formation atmosphère tertiaire, caractérisé par une teneur en hydrogène beaucoup plus faible et une teneur en azote et en dioxyde de carbone beaucoup plus élevée (formée à la suite de réactions chimiques de l'ammoniac et des hydrocarbures).

Azote

La formation d'une grande quantité d'azote N 2 est due à l'oxydation de l'atmosphère ammoniac-hydrogène avec de l'oxygène moléculaire O 2, qui a commencé à s'écouler de la surface de la planète à la suite de la photosynthèse, à partir de 3 milliards d'années. De plus, l'azote N 2 est rejeté dans l'atmosphère à la suite de la dénitrification des nitrates et autres composés contenant de l'azote... L'azote est oxydé par l'ozone en NO dans la haute atmosphère.

L'azote N 2 ne réagit que dans des conditions spécifiques (par exemple, lors d'un coup de foudre). L'oxydation de l'azote moléculaire par l'ozone avec des décharges électriques en petites quantités est utilisée dans la production industrielle d'engrais azotés. Il peut être oxydé avec une faible consommation d'énergie et transformé en une forme biologiquement active par des cyanobactéries (algues bleu-vert) et des bactéries nodulaires qui forment une symbiose rhizobienne avec les légumineuses, les soi-disant. sidérés.

Oxygène

La composition de l'atmosphère a commencé à changer radicalement avec l'apparition d'organismes vivants sur Terre, à la suite de la photosynthèse, accompagnée de la libération d'oxygène et de l'absorption de dioxyde de carbone. Au départ, l'oxygène était dépensé pour l'oxydation de composés réduits - ammoniac, hydrocarbures, forme ferreuse du fer contenu dans les océans, etc. À la fin de cette étape, la teneur en oxygène de l'atmosphère a commencé à augmenter. Peu à peu, une atmosphère moderne s'est formée avec propriétés oxydantes... Étant donné que cela a causé des changements graves et brusques dans de nombreux processus se déroulant dans l'atmosphère, la lithosphère et la biosphère, cet événement a été appelé la catastrophe de l'oxygène.

gaz nobles

La pollution de l'air

DANS ces derniers temps l'homme a commencé à influencer l'évolution de l'atmosphère. Le résultat de ses activités a été une augmentation constante et significative de la teneur en dioxyde de carbone dans l'atmosphère en raison de la combustion d'hydrocarbures accumulés dans les époques géologiques précédentes. D'énormes quantités de CO 2 sont consommées pendant la photosynthèse et absorbées par les océans du monde. Ce gaz pénètre dans l'atmosphère en raison de la décomposition des roches carbonatées et matière organique d'origine végétale et animale, ainsi qu'en raison du volcanisme et des activités de production humaine. Au cours des 100 dernières années, la teneur en CO 2 dans l'atmosphère a augmenté de 10%, l'essentiel (360 milliards de tonnes) provenant de la combustion de carburant. Si le taux de croissance de la combustion des carburants se poursuit, alors dans les 200 à 300 prochaines années, la quantité de СО 2 dans l'atmosphère doublera et pourra entraîner des changements climatiques mondiaux.

La combustion de combustibles est la principale source de gaz polluants (CO, SO 2). Le dioxyde de soufre est oxydé par l'oxygène atmosphérique en SO 3 dans la haute atmosphère, qui à son tour interagit avec les vapeurs d'eau et d'ammoniac, et l'acide sulfurique (Н 2 SO 4) et le sulfate d'ammonium ((NH 4) 2 SO 4) qui en résultent retournent à la surface de la Terre sous la forme de ce qu'on appelle. pluie acide. L'utilisation de moteurs à combustion interne entraîne une pollution importante de l'atmosphère par des oxydes d'azote, des hydrocarbures et des composés du plomb (tétraéthyl plomb Pb (CH 3 CH 2) 4)).

La pollution par aérosols de l'atmosphère est causée par les deux causes naturelles (éruptions volcaniques, tempête de sable, dérive eau de mer et pollen végétal, etc.), et activités économiques homme (extraction de minerais et matériaux de construction, combustion de carburant, production de ciment, etc.). L'élimination intense à grande échelle des particules solides dans l'atmosphère est l'un des raisons possibles changement climatique de la planète.

voir également

• Jacchia (modèle d'ambiance)

Remarques

Liens

Littérature

1. V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov "Space biology and medicine" (2e édition, révisée et augmentée), M.: "Education", 1975, 223 pages.
2. N.V. Gusakova "Chimie environnement», Rostov-sur-le-Don: Phoenix, 2004, 192 avec ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V.A. Géochimie des gaz naturels, M., 1971;
4. McEwen M., Phillips L. Chimie de l'atmosphère, M., 1978;
5. Travail K., Warner S. La pollution de l'air. Sources et contrôle, trans. de l'anglais, M .. 1980;
6. Surveillance de la pollution de fond milieux naturels... dans. 1, L., 1982.

L'atmosphère terrestre est l'enveloppe gazeuse de notre planète. À propos, presque tous les corps célestes ont des coquilles similaires, des planètes du système solaire aux gros astéroïdes. dépend de nombreux facteurs - la taille de sa vitesse, sa masse et de nombreux autres paramètres. Mais seule la coquille de notre planète contient les composants qui nous permettent de vivre.

L'atmosphère terrestre: histoire courte émergence

On pense qu'au début de son existence, notre planète n'avait aucune coquille de gaz. Mais le jeune corps céleste nouvellement formé évoluait constamment. L'atmosphère primaire de la Terre s'est formée à la suite d'éruptions volcaniques constantes. C'est ainsi qu'au cours de plusieurs milliers d'années, une coquille de vapeur d'eau, d'azote, de carbone et d'autres éléments (à l'exception de l'oxygène) s'est formée autour de la Terre.

Étant donné que la quantité d'humidité dans l'atmosphère est limitée, son excès s'est transformé en précipitations - c'est ainsi que les mers, les océans et autres plans d'eau se sont formés. Les premiers organismes qui ont peuplé la planète sont apparus et se sont développés dans le milieu aquatique. La plupart d'entre eux appartenaient à des organismes végétaux qui produisent de l'oxygène par photosynthèse. Ainsi, l'atmosphère terrestre a commencé à se remplir de ce gaz vital. Et à la suite de l'accumulation d'oxygène, une couche d'ozone s'est formée, qui a protégé la planète des effets néfastes du rayonnement ultraviolet. Ce sont ces facteurs qui ont créé toutes les conditions de notre existence.

La structure de l'atmosphère terrestre

Comme vous le savez, l'enveloppe gazeuse de notre planète se compose de plusieurs couches - la troposphère, la stratosphère, la mésosphère, la thermosphère. Il est impossible de tracer des frontières claires entre ces couches - tout dépend de la période de l'année et de la latitude du site de la planète.

La troposphère est la partie inférieure de l'enveloppe gazeuse, dont la hauteur moyenne est de 10 à 15 kilomètres. C'est ici que se trouve l'essentiel de la partie concentrée D'ailleurs, c'est ici que se trouve toute l'humidité et que les nuages \u200b\u200bse forment. En raison de la teneur en oxygène, la troposphère soutient l'activité vitale de tous les organismes. De plus, il est essentiel de façonner la météo et caractéristiques climatiques terrain - non seulement des nuages \u200b\u200bse forment ici, mais aussi des vents. La température baisse avec l'altitude.

Stratosphère - part de la troposphère et se termine à une altitude de 50 à 55 kilomètres. Ici, la température monte avec la hauteur. Cette partie de l'atmosphère ne contient pratiquement pas de vapeur d'eau, mais elle a une couche d'ozone. Parfois, vous pouvez voir la formation de nuages \u200b\u200b"nacrés", qui ne peuvent être vus que la nuit - on pense qu'ils sont représentés par des gouttelettes d'eau très condensées.

Mésosphère - s'étend jusqu'à 80 kilomètres. Dans cette couche, vous pouvez remarquer une forte baisse de température lorsque vous montez. La turbulence est également très développée ici. À propos, des «nuages \u200b\u200bnoctilucents» se forment dans la mésosphère, qui consistent en de petits cristaux de glace - ils ne peuvent être vus que la nuit. Fait intéressant, il n'y a pratiquement pas d'air près de la limite supérieure de la mésosphère - c'est 200 fois moins que près surface de la Terre.

La thermosphère est la couche supérieure de l'enveloppe gazeuse terrestre, dans laquelle il est habituel de faire la distinction entre l'ionosphère et l'exosphère. Il est intéressant de noter que la température ici augmente très fortement avec l'altitude - à une altitude de 800 kilomètres de la surface de la terre, elle est supérieure à 1000 degrés Celsius. L'ionosphère est caractérisée par un air hautement liquéfié et une énorme teneur en ions actifs. Quant à l'exosphère, cette partie de l'atmosphère passe en douceur dans l'espace interplanétaire. Il est à noter que la thermosphère ne contient pas d'air.

On peut noter que l'atmosphère terrestre est une partie très importante de notre planète, qui reste un facteur décisif dans l'émergence de la vie. Il fournit une activité vitale, maintient l'existence de l'hydrosphère (l'enveloppe hydrique de la planète) et protège des rayons ultraviolets.

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✪ O.S. Ugolnikov "Haute atmosphère. Rencontre de la Terre et de l'espace"

Les sous-titres

Frontière de l'atmosphère

L'atmosphère est considérée comme la zone autour de la Terre, dans laquelle le milieu gazeux tourne avec la Terre dans son ensemble. L'atmosphère passe progressivement dans l'espace interplanétaire, dans l'exosphère, à partir d'une altitude de 500 à 1000 km de la surface de la Terre.

Selon la définition proposée par la Fédération aéronautique internationale, la frontière entre l'atmosphère et l'espace est tracée le long de la ligne Karman, située à une altitude d'environ 100 km, au-dessus de laquelle les vols aériens deviennent totalement impossibles. La NASA utilise 122 kilomètres (400 000 pieds) comme limite de l'atmosphère, où les navettes passent de manœuvres motorisées à des manœuvres aérodynamiques.

Propriétés physiques

En plus des gaz indiqués dans le tableau, l'atmosphère contient Cl 2 (\\ Displaystyle (\\ ce (Cl2))) , SO 2 (\\ Displaystyle (\\ ce (SO2))) , NH 3 (\\ Displaystyle (\\ ce (NH3))) , CO (\\ Displaystyle ((\\ ce (CO)))) , O 3 (\\ Displaystyle ((\\ ce (O3)))) , NO 2 (\\ Displaystyle (\\ ce (NO2))) , hydrocarbures, HCl (\\ Displaystyle (\\ ce (HCl))) , HF (\\ Displaystyle (\\ ce (HF))) , HBr (\\ Displaystyle (\\ ce (HBr))) , HI (\\ Displaystyle ((\\ ce (HI)))) , des couples Hg (\\ Displaystyle (\\ ce (Hg))) , I 2 (\\ Displaystyle (\\ ce (I2))) , Br 2 (\\ Displaystyle (\\ ce (Br2))) ainsi que de nombreux autres gaz en petites quantités. Un grand nombre de particules solides et liquides en suspension (aérosol) se trouvent constamment dans la troposphère. Le gaz le plus rare de l'atmosphère terrestre est Rn (\\ Displaystyle (\\ ce (Rn))) .

La structure de l'atmosphère

Couche limite de l'atmosphère

La couche inférieure de la troposphère (1 à 2 km d'épaisseur), dans laquelle l'état et les propriétés de la surface de la Terre affectent directement la dynamique de l'atmosphère.

Troposphère

Sa limite supérieure est située à une altitude de 8 à 10 km dans les régions polaires, de 10 à 12 km dans les régions tempérées et de 16 à 18 km dans les latitudes tropicales; plus bas en hiver qu'en été.
La couche principale inférieure de l'atmosphère contient plus de 80% de la masse totale de l'air atmosphérique et environ 90% de toute la vapeur d'eau de l'atmosphère. La turbulence et la convection sont très développées dans la troposphère, des nuages \u200b\u200bapparaissent, des cyclones et des anticyclones se développent. La température diminue avec l'augmentation de l'altitude avec un gradient vertical moyen de 0,65 ° / 100 mètres.

Tropopause

La couche de transition de la troposphère à la stratosphère, la couche de l'atmosphère dans laquelle la température diminue avec la hauteur s'arrête.

Stratosphère

La couche de l'atmosphère située à une altitude de 11 à 50 km. Un léger changement de température dans la couche de 11-25 km (la couche inférieure de la stratosphère) et son augmentation dans la couche 25-40 km de moins 56,5 à plus 0,8 ° C (la couche supérieure de la stratosphère ou la région d'inversion ) sont caractéristiques. Ayant atteint une valeur d'environ 273 K (presque 0 ° C) à une altitude d'environ 40 km, la température reste constante jusqu'à une altitude d'environ 55 km. Cette région de température constante est appelée la stratopause et est la frontière entre la stratosphère et la mésosphère.

Stratopause

La couche limite de l'atmosphère entre la stratosphère et la mésosphère. La distribution verticale de la température a un maximum (environ 0 ° C).

Mésosphère

Thermosphère

La limite supérieure est d'environ 800 km. La température monte à des altitudes de 200 à 300 km, où elle atteint des valeurs de l'ordre de 1500 K, après quoi elle reste presque constante jusqu'aux hautes altitudes. Sous l'influence du rayonnement solaire et du rayonnement cosmique, l'air est ionisé («lumières polaires») - les principales zones de l'ionosphère se trouvent à l'intérieur de la thermosphère. À des altitudes supérieures à 300 km, l'oxygène atomique prédomine. La limite supérieure de la thermosphère est en grande partie déterminée par l'activité actuelle du Soleil. Pendant les périodes de faible activité - par exemple, en 2008-2009 - il y a une diminution notable de la taille de cette couche.

Thermopause

La région de l'atmosphère adjacente au sommet de la thermosphère. Dans cette région, l'absorption du rayonnement solaire est négligeable et la température ne change pas réellement avec l'altitude.

Exosphère (Orbe de dispersion)

Jusqu'à une altitude de 100 km, l'atmosphère est un mélange homogène et bien mélangé de gaz. Dans les couches supérieures, la distribution des gaz le long de la hauteur dépend de leurs masses moléculaires; la concentration de gaz plus lourds diminue plus rapidement avec la distance de la surface de la Terre. En raison d'une diminution de la densité des gaz, la température passe de 0 ° C dans la stratosphère à moins 110 ° C dans la mésosphère. Cependant, l'énergie cinétique des particules individuelles à des altitudes de 200-250 km correspond à une température de ~ 150 ° C. Au-dessus de 200 km, des fluctuations importantes de température et de densité des gaz sont observées dans le temps et dans l'espace.

À une altitude d'environ 2000 à 3500 km, l'exosphère se transforme progressivement en ce qu'on appelle vide dans l'espace proche, qui est rempli de particules rares de gaz interplanétaire, principalement des atomes d'hydrogène. Mais ce gaz n'est qu'une fraction de la matière interplanétaire. L'autre partie est constituée de particules en forme de poussière d'origine cométaire et météorique. Outre des particules de poussière extrêmement raréfiées, des rayonnements électromagnétiques et corpusculaires d'origine solaire et galactique pénètrent dans cet espace.

Aperçu

La troposphère représente environ 80% de la masse atmosphérique, la stratosphère - environ 20%; la masse de la mésosphère ne dépasse pas 0,3%, la thermosphère est inférieure à 0,05% de la masse totale de l'atmosphère.

Sur la base des propriétés électriques de l'atmosphère, neutrosphère et ionosphère .

En fonction de la composition du gaz dans l'atmosphère, homosphère et hétérosphère. Hétérosphère - C'est la zone où la gravité affecte la séparation des gaz, car leur mélange à cette hauteur est négligeable. D'où la composition variable de l'hétérosphère. En dessous se trouve une partie bien mélangée de l'atmosphère, de composition homogène, appelée l'homosphère. La frontière entre ces couches s'appelle la turbopause; elle se situe à une altitude d'environ 120 km.

Autres propriétés de l'atmosphère et effets sur le corps humain

Déjà à une altitude de 5 km au-dessus du niveau de la mer, une personne non formée développe une privation d'oxygène et sans adaptation, la capacité de travail de la personne est considérablement réduite. C'est là que se termine la zone physiologique de l'atmosphère. La respiration humaine devient impossible à une altitude de 9 km, bien que l'atmosphère contienne de l'oxygène jusqu'à environ 115 km.

L'atmosphère nous fournit l'oxygène dont nous avons besoin pour respirer. Cependant, en raison de la baisse de la pression totale de l'atmosphère lors de sa montée en altitude, la pression partielle d'oxygène diminue également en conséquence.

Histoire de la formation de l'atmosphère

Selon la théorie la plus répandue, l'atmosphère terrestre a été dans trois compositions différentes tout au long de l'histoire de cette dernière. Il se composait à l'origine de gaz légers (hydrogène et hélium) capturés dans l'espace interplanétaire. C'est le soi-disant atmosphère primaire... Au stade suivant, l'activité volcanique active a conduit à la saturation de l'atmosphère avec des gaz autres que l'hydrogène (dioxyde de carbone, ammoniac, vapeur d'eau). Donc il a été formé atmosphère secondaire... L'atmosphère était réparatrice. En outre, le processus de formation de l'atmosphère a été déterminé par les facteurs suivants:

• fuite de gaz légers (hydrogène et hélium) dans l'espace interplanétaire;
• réactions chimiques qui se produisent dans l'atmosphère sous l'influence du rayonnement ultraviolet, des décharges de foudre et de certains autres facteurs.

Progressivement, ces facteurs ont conduit à la formation atmosphère tertiaire, caractérisé par une teneur en hydrogène beaucoup plus faible et une teneur en azote et en dioxyde de carbone beaucoup plus élevée (formée à la suite de réactions chimiques de l'ammoniac et des hydrocarbures).

Azote

La formation d'une grande quantité d'azote est due à l'oxydation de l'atmosphère ammoniac-hydrogène avec de l'oxygène moléculaire O 2 (\\ Displaystyle (\\ ce (O2))), qui a commencé à venir de la surface de la planète à la suite de la photosynthèse, à partir d'il y a 3 milliards d'années. Aussi azote N 2 (\\ Displaystyle (\\ ce (N2))) rejetés dans l'atmosphère à la suite de la dénitrification des nitrates et autres composés azotés. L'azote est oxydé par l'ozone pour NON (\\ Displaystyle ((\\ ce (NON)))) dans la haute atmosphère.

Azote N 2 (\\ Displaystyle (\\ ce (N2))) n'entre en réaction que dans des conditions spécifiques (par exemple, lors d'un éclair). L'oxydation de l'azote moléculaire par l'ozone avec des décharges électriques en petites quantités est utilisée dans la production industrielle d'engrais azotés. Il peut être oxydé avec une faible consommation d'énergie et converti en une forme biologiquement active par des cyanobactéries (algues bleu-vert) et des bactéries nodulaires formant une symbiose rhizobienne avec les légumineuses, qui peuvent être des plantes à engrais vert efficaces qui n'épuisent pas, mais enrichissent le sol avec engrais naturels.

Oxygène

La composition de l'atmosphère a commencé à changer radicalement avec l'apparition d'organismes vivants sur Terre, à la suite de la photosynthèse, accompagnée de la libération d'oxygène et de l'absorption de dioxyde de carbone. Initialement, l'oxygène était dépensé pour l'oxydation de composés réduits - l'ammoniac, les hydrocarbures, la forme ferreuse du fer contenu dans les océans et autres. À la fin de cette étape, la teneur en oxygène de l'atmosphère a commencé à augmenter. Une atmosphère moderne et oxydante s'est progressivement développée. Étant donné que cela a provoqué des changements graves et brusques dans de nombreux processus se produisant dans l'atmosphère, la lithosphère et la biosphère, cet événement a été appelé la catastrophe de l'oxygène.

gaz nobles

La pollution de l'air

Récemment, les humains ont commencé à influencer l'évolution de l'atmosphère. Le résultat de l'activité humaine est devenu une augmentation constante de la teneur en dioxyde de carbone dans l'atmosphère en raison de la combustion d'hydrocarbures accumulés dans les époques géologiques précédentes. Des quantités énormes sont consommées lors de la photosynthèse et absorbées par les océans du monde. Ce gaz pénètre dans l'atmosphère en raison de la décomposition des roches carbonatées et de la matière organique d'origine végétale et animale, ainsi que du volcanisme et des activités de production humaine. Au cours des 100 dernières années, le contenu CO 2 (\\ Displaystyle (\\ ce (CO2))) dans l'atmosphère a augmenté de 10%, l'essentiel (360 milliards de tonnes) provenant de la combustion de combustibles. Si le taux de croissance de la combustion de carburant se poursuit, alors dans les 200 à 300 prochaines années, le nombre de CO 2 (\\ Displaystyle (\\ ce (CO2))) dans l'atmosphère va doubler et peut conduire à

Sa limite supérieure est située à une altitude de 8 à 10 km dans les régions polaires, de 10 à 12 km dans les régions tempérées et de 16 à 18 km dans les latitudes tropicales; plus bas en hiver qu'en été. La couche principale inférieure de l'atmosphère. Contient plus de 80% de la masse totale de l'air atmosphérique et environ 90% de toute la vapeur d'eau dans l'atmosphère. La turbulence et la convection sont très développées dans la troposphère, des nuages \u200b\u200bapparaissent, des cyclones et des anticyclones se développent. La température diminue avec l'augmentation de l'altitude avec un gradient vertical moyen de 0,65 ° / 100 m

Pour les "conditions normales" à la surface de la Terre, on retient: densité 1,2 kg / m3, pression barométrique 101,35 kPa, température plus 20 ° C et humidité relative 50%. Ces indicateurs conditionnels ont une importance purement technique.

Stratosphère

La couche de l'atmosphère située à une altitude de 11 à 50 km. Un léger changement de température dans la couche de 11-25 km (la stratosphère inférieure) et son augmentation dans la couche de 25-40 km de -56,5 à 0,8 ° (la stratosphère supérieure ou la région d'inversion) sont caractéristiques. Ayant atteint une valeur d'environ 273 K (presque 0 ° C) à une altitude d'environ 40 km, la température reste constante jusqu'à une altitude d'environ 55 km. Cette région de température constante est appelée la stratopause et est la frontière entre la stratosphère et la mésosphère.

Stratopause

La couche limite de l'atmosphère entre la stratosphère et la mésosphère. La distribution verticale de la température a un maximum (environ 0 ° C).

Mésosphère

Mésopause

Couche de transition entre la mésosphère et la thermosphère. Dans la distribution verticale de la température, il y a un minimum (environ -90 ° C).

Ligne de poche

Hauteur au-dessus du niveau de la mer, qui est traditionnellement considérée comme la frontière entre l'atmosphère terrestre et l'espace.

Thermosphère

La limite supérieure est d'environ 800 km. La température monte à des hauteurs de 200 à 300 km, où elle atteint des valeurs de l'ordre de 1500 K, après quoi elle reste presque constante jusqu'aux hautes altitudes. Sous l'influence du rayonnement solaire ultraviolet et des rayons X et du rayonnement cosmique, il se produit une ionisation de l'air («aurores») - les principales régions de l'ionosphère se trouvent à l'intérieur de la thermosphère. À des altitudes supérieures à 300 km, l'oxygène atomique prédomine.

Exosphère (Orbe de dispersion)

Jusqu'à une altitude de 100 km, l'atmosphère est un mélange homogène et bien mélangé de gaz. Dans les couches supérieures, la distribution des gaz le long de la hauteur dépend de leurs masses moléculaires; la concentration de gaz plus lourds diminue plus rapidement avec la distance de la surface de la Terre. En raison de la diminution de la densité des gaz, la température passe de 0 ° C dans la stratosphère à -110 ° C dans la mésosphère. Cependant, l'énergie cinétique des particules individuelles à des altitudes de 200-250 km correspond à une température de ~ 1500 ° C. Au-dessus de 200 km, des fluctuations importantes de température et de densité des gaz sont observées dans le temps et dans l'espace.

À une altitude d'environ 2000-3000 km, l'exosphère se transforme progressivement en ce qu'on appelle vide dans l'espace proche, qui est rempli de particules hautement raréfiées de gaz interplanétaire, principalement des atomes d'hydrogène. Mais ce gaz n'est qu'une fraction de la matière interplanétaire. L'autre partie est constituée de particules en forme de poussière d'origine cométaire et météorique. Outre des particules de poussière extrêmement raréfiées, des rayonnements électromagnétiques et corpusculaires d'origine solaire et galactique pénètrent dans cet espace.

La troposphère représente environ 80% de la masse atmosphérique, la stratosphère - environ 20%; la masse de la mésosphère ne dépasse pas 0,3%, la thermosphère est inférieure à 0,05% de la masse totale de l'atmosphère. Sur la base des propriétés électriques de l'atmosphère, la neutrosphère et l'ionosphère sont distinguées. À l'heure actuelle, on pense que l'atmosphère s'étend jusqu'à une altitude de 2 000 à 3 000 km.

En fonction de la composition du gaz dans l'atmosphère, homosphère et hétérosphère. Hétérosphère - C'est la zone où la gravité affecte la séparation des gaz, car leur mélange à cette hauteur est négligeable. D'où la composition variable de l'hétérosphère. En dessous se trouve une partie bien mélangée de l'atmosphère, de composition homogène, appelée l'homosphère. La frontière entre ces couches s'appelle la turbopause; elle se situe à une altitude d'environ 120 km.

Propriétés physiques

L'épaisseur de l'atmosphère est d'environ 2000 à 3000 km de la surface de la Terre. La masse d'air totale est de (5,1-5,3) × 10 18 kg. La masse molaire d'air propre et sec est de 28,966. Pression à 0 ° C au niveau de la mer 101,325 kPa; température critique - 140,7 ° C; pression critique 3,7 MPa; C p 1,0048 × 10 J / (kg K) (à 0 ° C), C v 0,7159 10? J / (kg K) (à 0 ° C). Solubilité de l'air dans l'eau à 0 ° C - 0,036%, à 25 ° C - 0,22%.

Propriétés physiologiques et autres de l'atmosphère

Déjà à une altitude de 5 km au-dessus du niveau de la mer, une personne non formée développe une privation d'oxygène et sans adaptation, la capacité de travail de la personne est considérablement réduite. C'est là que se termine la zone physiologique de l'atmosphère. La respiration humaine devient impossible à une altitude de 15 km, bien que l'atmosphère contienne de l'oxygène jusqu'à environ 115 km.

L'atmosphère nous fournit l'oxygène dont nous avons besoin pour respirer. Cependant, en raison de la baisse de la pression totale de l'atmosphère lors de sa montée en altitude, la pression partielle d'oxygène diminue également en conséquence.

Les poumons humains contiennent en permanence environ 3 litres d'air alvéolaire. La pression partielle d'oxygène dans l'air alvéolaire à la normale pression atmosphérique est de 110 mm Hg. Art., Pression de dioxyde de carbone - 40 mm Hg. Art., Et vapeur d'eau - 47 mm Hg. Art. Avec l'augmentation de l'altitude, la pression d'oxygène diminue et la pression totale de vapeur d'eau et de dioxyde de carbone dans les poumons reste presque constante - environ 87 mm Hg. Art. L'apport d'oxygène aux poumons s'arrêtera complètement lorsque la pression de l'air ambiant deviendra égale à cette valeur.

À une altitude d'environ 19-20 km, la pression atmosphérique chute à 47 mm Hg. Art. Par conséquent, à cette hauteur, l'eau et le liquide interstitiel commencent à bouillir dans le corps humain. En dehors de la cabine pressurisée, à ces altitudes, la mort survient presque instantanément. Ainsi, du point de vue de la physiologie humaine, «l'espace» commence déjà à une altitude de 15 à 19 km.

Des couches denses d'air - troposphère et stratosphère - nous protègent des effets néfastes des radiations. Avec une raréfaction suffisante de l'air, à des altitudes de plus de 36 km, les rayonnements ionisants - rayons cosmiques primaires - ont un effet intense sur le corps; à des altitudes supérieures à 40 km, la partie ultraviolette du spectre solaire, qui est dangereuse pour l'homme, fonctionne.

Au fur et à mesure qu'il s'élève à une hauteur de plus en plus grande au-dessus de la surface de la Terre, des phénomènes qui nous sont familiers, observés dans les couches inférieures de l'atmosphère, tels que la propagation du son, l'apparition de portance et de résistance aérodynamiques, le transfert de chaleur par convection, s'affaiblissent progressivement, puis disparaissent complètement.

La propagation du son est impossible dans les couches d'air raréfiées. Jusqu'à des hauteurs de 60 à 90 km, il est toujours possible d'utiliser la résistance à l'air et la portance pour un vol aérodynamique contrôlé. Mais à partir de hauteurs de 100-130 km, les concepts du nombre M et du mur du son, familiers à tout pilote, perdent leur sens, la ligne conditionnelle Karman passe là, au-delà de laquelle commence la sphère du vol purement balistique, qui contrôlé uniquement par des forces réactives.

À des altitudes supérieures à 100 km, l'atmosphère manque également d'une autre propriété remarquable - la capacité d'absorber, de conduire et de transférer l'énergie thermique par convection (c'est-à-dire en mélangeant l'air). Cela signifie que divers éléments d'équipement, l'équipement de la station spatiale orbitale ne pourront pas se refroidir de l'extérieur comme cela se fait généralement dans un avion - à l'aide de jets d'air et de radiateurs à air. A cette altitude, comme dans l'espace en général, le seul moyen de transfert de chaleur est le rayonnement thermique.

Composition de l'atmosphère

L'atmosphère terrestre est principalement constituée de gaz et d'impuretés diverses (poussières, gouttelettes d'eau, cristaux de glace, sels marins, produits de combustion).

La concentration des gaz qui composent l'atmosphère est pratiquement constante, à l'exception de l'eau (H 2 O) et du dioxyde de carbone (CO 2).

En plus des gaz indiqués dans le tableau, l'atmosphère contient du SO 2, du NH 3, du CO, de l'ozone, des hydrocarbures, du HCl, des vapeurs, I 2, ainsi que de nombreux autres gaz en petites quantités. Un grand nombre de particules solides et liquides en suspension (aérosol) se trouvent constamment dans la troposphère.

Histoire de la formation de l'atmosphère

Selon la théorie la plus répandue, l'atmosphère terrestre au fil du temps était dans quatre compositions différentes. Il se composait à l'origine de gaz légers (hydrogène et hélium) capturés dans l'espace interplanétaire. C'est le soi-disant atmosphère primaire(il y a environ quatre milliards d'années). Au stade suivant, l'activité volcanique active a conduit à la saturation de l'atmosphère avec d'autres gaz, à l'exception de l'hydrogène (dioxyde de carbone, ammoniac, vapeur d'eau). Donc il a été formé atmosphère secondaire(environ trois milliards d'années à nos jours). L'atmosphère était réparatrice. En outre, le processus de formation de l'atmosphère a été déterminé par les facteurs suivants:

• fuite de gaz légers (hydrogène et hélium) dans l'espace interplanétaire;
• réactions chimiques qui se produisent dans l'atmosphère sous l'influence du rayonnement ultraviolet, des décharges de foudre et de certains autres facteurs.

Progressivement, ces facteurs ont conduit à la formation atmosphère tertiaire, caractérisé par une teneur en hydrogène beaucoup plus faible et une teneur en azote et en dioxyde de carbone beaucoup plus élevée (formée à la suite de réactions chimiques de l'ammoniac et des hydrocarbures).

Azote

La formation d'une grande quantité de N 2 est due à l'oxydation de l'atmosphère ammoniac-hydrogène avec de l'O 2 moléculaire, qui a commencé à s'écouler de la surface de la planète à la suite de la photosynthèse, à partir de 3 milliards d'années. De plus, le N 2 est rejeté dans l'atmosphère à la suite de la dénitrification des nitrates et d'autres composés azotés. L'azote est oxydé par l'ozone en NO dans la haute atmosphère.

L'azote N 2 ne réagit que dans des conditions spécifiques (par exemple, lors d'un coup de foudre). L'oxydation de l'azote moléculaire par l'ozone lors des décharges électriques est utilisée dans la production industrielle d'engrais azotés. Il peut être oxydé avec une faible consommation d'énergie et transformé en une forme biologiquement active par des cyanobactéries (algues bleu-vert) et des bactéries nodulaires qui forment une symbiose rhizobienne avec les légumineuses, les soi-disant. sidérés.

Oxygène

La composition de l'atmosphère a commencé à changer radicalement avec l'apparition d'organismes vivants sur Terre, à la suite de la photosynthèse, accompagnée de la libération d'oxygène et de l'absorption de dioxyde de carbone. Au départ, l'oxygène était dépensé pour l'oxydation de composés réduits - ammoniac, hydrocarbures, forme ferreuse du fer contenu dans les océans, etc. À la fin de cette étape, la teneur en oxygène de l'atmosphère a commencé à augmenter. Une atmosphère moderne et oxydante s'est progressivement formée. Étant donné que cela a causé des changements graves et brusques dans de nombreux processus se produisant dans l'atmosphère, la lithosphère et la biosphère, cet événement a été appelé la catastrophe de l'oxygène.

Gaz carbonique

La teneur en CO 2 dans l'atmosphère dépend de l'activité volcanique et des processus chimiques dans les coquilles de la Terre, mais surtout de l'intensité de la biosynthèse et de la décomposition de la matière organique dans la biosphère terrestre. La quasi-totalité de la biomasse actuelle de la planète (environ 2,4 × 10 12 tonnes) provient du dioxyde de carbone, de l'azote et de la vapeur d'eau contenus dans air atmosphérique... Enfouie dans l'océan, les marais et les forêts, la matière organique est convertie en charbon, pétrole et gaz naturel. (voir Cycle géochimique du carbone)

gaz nobles

La pollution de l'air

Récemment, les humains ont commencé à influencer l'évolution de l'atmosphère. Le résultat de ses activités a été une augmentation constante et significative de la teneur en dioxyde de carbone dans l'atmosphère en raison de la combustion d'hydrocarbures accumulés au cours des époques géologiques précédentes. D'énormes quantités de CO 2 sont consommées pendant la photosynthèse et absorbées par les océans du monde. Ce gaz pénètre dans l'atmosphère en raison de la décomposition des roches carbonatées et de la matière organique d'origine végétale et animale, ainsi que du volcanisme et des activités de production humaine. Au cours des 100 dernières années, la teneur en CO 2 dans l'atmosphère a augmenté de 10%, l'essentiel (360 milliards de tonnes) provenant de la combustion de carburant. Si les taux de croissance de la combustion du carburant se poursuivent, la quantité de СО 2 dans l'atmosphère doublera au cours des 50 à 60 prochaines années et pourrait entraîner des changements climatiques mondiaux.

La combustion de combustibles est la principale source de gaz polluants (CO, SO 2). Le dioxyde de soufre est oxydé par l'oxygène atmosphérique en SO 3 dans la haute atmosphère, qui à son tour interagit avec les vapeurs d'eau et d'ammoniac, et l'acide sulfurique (Н 2 SO 4) et le sulfate d'ammonium ((NH 4) 2 SO 4) qui en résultent retournent à la surface de la Terre sous la forme de ce qu'on appelle. pluie acide. L'utilisation de moteurs à combustion interne entraîne une pollution importante de l'atmosphère par des oxydes d'azote, des hydrocarbures et des composés du plomb (tétraéthyl plomb Pb (CH 3 CH 2) 4)).

La pollution de l'atmosphère par les aérosols est causée à la fois par des causes naturelles (éruptions volcaniques, tempêtes de poussière, transfert de gouttelettes d'eau de mer et de pollen, etc.) et par les activités économiques humaines (extraction de minerais et de matériaux de construction, combustion de combustibles, production de ciment , etc.). L'élimination intense à grande échelle de particules solides dans l'atmosphère est l'une des causes possibles du changement climatique sur la planète.

Littérature

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voir également

Liens