Kas ir atmosfēra īsumā. Kas ir atmosfēra? Zemes atmosfēra: struktūra, nozīme

Zemes atmosfēras struktūra

Atmosfēra ir gāzveida Zemes apvalks ar tajā esošām aerosola daļiņām, kas pārvietojas kopā ar Zemi pasaules telpā kopumā un vienlaikus piedalās Zemes rotācijā. Atmosfēras apakšā mūsu dzīve pārsvarā notiek.

Gandrīz visām mūsu Saules sistēmas planētām ir sava atmosfēra, taču tikai zemes atmosfēra ir spējīga atbalstīt dzīvību.

Kad mūsu planēta veidojās pirms 4,5 miljardiem gadu, tad, visticamāk, tai nebija atmosfēras. Atmosfēra izveidojās ūdens tvaiku ar oglekļa dioksīda, slāpekļa un citu piedevu vulkānisko emisiju rezultātā ķīmiskās vielas no jaunās planētas zarnām. Bet atmosfērā var būt ierobežots daudzums mitruma, tāpēc tās pārpalikums kondensācijas rezultātā radīja okeānus. Bet tad atmosfērā nebija skābekļa. Pirmie dzīvie organismi, kas radās un attīstījās okeānā, fotosintēzes reakcijas rezultātā (H 2 O + CO 2 \u003d CH 2 O + O 2) sāka izdalīt nelielas skābekļa porcijas, kas sāka nonākt atmosfērā.

Skābekļa veidošanās Zemes atmosfērā izraisīja ozona slāņa veidošanos aptuveni 8 - 30 km augstumā. Tādējādi mūsu planēta ir ieguvusi aizsardzību pret ultravioletā starojuma pētījumu postošo iedarbību. Šis apstāklis \u200b\u200bkalpoja par impulsu Zemes dzīvības formu tālākai attīstībai, jo Palielinātas fotosintēzes rezultātā skābekļa daudzums atmosfērā sāka strauji pieaugt, kas veicināja dzīvības formu veidošanos un uzturēšanu, arī uz sauszemes.

Mūsdienās mūsu atmosfērā ir 78,1% slāpekļa, 21% skābekļa, 0,9% argona, 0,04% oglekļa dioksīda. Neons, hēlijs, metāns un kriptons salīdzinājumā ar galvenajām gāzēm veido ļoti mazas frakcijas.

Gāzes daļiņas, kas atrodas atmosfērā, ietekmē Zemes gravitācijas spēks. Ņemot vērā to, ka gaiss ir saspiests, tā blīvums pakāpeniski samazinās līdz ar augstumu, nonākot kosmosā bez skaidras robežas. Puse no visas zemes atmosfēras masas ir koncentrēta zemākajos 5 km, trīs ceturtdaļas - apakšējos 10 km, deviņas desmitdaļas - apakšējos 20 km. 99% no Zemes atmosfēras masas ir koncentrēti zem 30 km augstuma, un tas ir tikai 0,5% no mūsu planētas ekvatoriālā rādiusa.

Jūras līmenī atomu un molekulu skaits uz gaisa kubikcentimetru ir aptuveni 2 * 10 19, 600 km augstumā tikai 2 * 10 7. Jūras līmenī atoms vai molekula lido apmēram 7 * 10 -6 cm, pirms saduras ar citu daļiņu. 600 km augstumā šis attālums ir aptuveni 10 km. Un jūras līmenī katru sekundi notiek aptuveni 7 * 10 9 šādas sadursmes, 600 km augstumā - tikai aptuveni viena minūtē!

Bet ne tikai spiediens mainās atkarībā no augstuma. Mainās arī temperatūra. Tā, piemēram, augsta kalna pakājē var būt diezgan karsts, savukārt kalna virsotni klāj sniegs, un tur temperatūra vienlaikus ir arī zem nulles. Un ir vērts pacelties ar lidmašīnu apmēram 10-11 km augstumā, jo var dzirdēt ziņu, ka aiz borta -50 grādi, savukārt zemes virsmā 60-70 grādi siltāki ...

Sākotnēji zinātnieki pieņēma, ka temperatūra samazinās līdz ar augstumu, līdz tā sasniedz absolūto nulli (-273,16 ° C). Bet tas tā nav.

Zemes atmosfēra sastāv no četriem slāņiem: troposfēras, stratosfēras, mezosfēras, jonosfēras (termosfēras). Šis sadalījums slāņos tiek ņemts arī, pamatojoties uz datiem par temperatūras izmaiņām ar augstumu. Zemāko slāni, kur gaisa temperatūra pazeminās līdz ar augstumu, sauc par troposfēru. Slānis virs troposfēras, kur temperatūras kritums apstājas, dod vietu izotermai, un, visbeidzot, temperatūra sāk pieaugt, sauc par stratosfēru. Slānis virs stratosfēras, kurā temperatūra atkal strauji pazeminās, ir mezosfēra. Un visbeidzot, slāni, kurā temperatūra atkal paaugstinās, sauca par jonosfēru vai termosfēru.

Troposfēra vidēji stiepjas 12 km lejasdaļā. Tieši tajā veidojas mūsu laika apstākļi. Augstākie mākoņi (cirrus) veidojas troposfēras augšējos slāņos. Temperatūra troposfērā ar augstumu adiabātiski samazinās, t.i. temperatūras izmaiņas rodas spiediena samazināšanās dēļ ar augstumu. Troposfēras temperatūras profils lielā mērā ir saistīts ar ienākošo saules starojumu uz Zemes virsmu. Saules iesildītās Zemes virsmas rezultātā veidojas uz augšu vērstas konvekcijas un turbulences plūsmas, kas veido laika apstākļus. Ir vērts atzīmēt, ka pamatā esošās virsmas ietekme uz troposfēras apakšējiem slāņiem sniedzas aptuveni 1,5 km augstumā. Protams, izņemot kalnainos apgabalus.

Troposfēras augšējā robeža ir tropopauze - izotermiskais slānis. Atcerieties raksturīgo pērkona mākoņu tipu, kura augšdaļa ir cirrus mākoņu "pārsprāgt", ko sauc par "laku". Šī "laktīte" vienkārši "izplatās" zem tropopauzes, jo izotermas dēļ augšupejošās gaisa straumes ir ievērojami novājinātas, un mākonis pārstāj attīstīties vertikāli. Bet īpašos, retos gadījumos gubu mākoņu virsotnes var iebrukt stratosfēras apakšējos slāņos, pārvarot tropopauzi.

Tropopauzes augstums ir atkarīgs no platuma. Tātad, pie ekvatora tas atrodas apmēram 16 km augstumā, un tā temperatūra ir aptuveni -80 ° C. Stabos tropopauze atrodas zemāk - 8 km augstumā. Vasarā tā temperatūra ir –40 ° C, ziemā –60 ° C. Tādējādi, neskatoties uz augstāku temperatūru Zemes virsmā, tropiskā tropopauze ir daudz vēsāka nekā polos.

Gāzes apvalks, kas ieskauj mūsu planētu Zeme, kas pazīstams kā atmosfēra, sastāv no pieciem galvenajiem slāņiem. Šie slāņi sākas uz planētas virsmas, no jūras līmeņa (dažreiz zemāk) un paceļas uz kosmosu šādā secībā:

• Troposfēra;
• Stratosfēra;
• Mezosfēra;
• Termosfēra;
• Eksosfēra.

Zemes atmosfēras galveno slāņu diagramma

Starp katru no šiem pieciem galvenajiem slāņiem ir pārejas zonas, kuras sauc par "pauzēm", kur notiek temperatūras, sastāva un gaisa blīvuma izmaiņas. Kopā ar pauzēm Zemes atmosfēra kopumā satur 9 slāņus.

Troposfēra: kur notiek laika apstākļi

No visiem atmosfēras slāņiem troposfēra ir tā, kas mums ir vislabāk pazīstama (neatkarīgi no tā, vai jūs to saprotat vai nē), jo mēs dzīvojam tās apakšā - planētas virsmā. Tas aptver Zemes virsmu un sniedzas uz augšu vairākus kilometrus. Vārds troposfēra nozīmē "globusa maiņa". Ļoti piemērots nosaukums, jo tieši šajā slānī notiek mūsu ikdienas laika apstākļi.

Sākot no planētas virsmas, troposfēra paceļas 6 līdz 20 km augstumā. Slāņa apakšējā trešdaļa, kas ir vistuvāk mums, satur 50% no visām atmosfēras gāzēm. Tā ir vienīgā daļa no visa atmosfēras sastāva, kas elpo. Sakarā ar to, ka gaisu no apakšas silda zemes virsma, kas absorbē siltumenerģija Saule, palielinoties augstumam, troposfēras temperatūra un spiediens pazeminās.

Augšpusē ir plāns slānis, ko sauc par tropopauzi, kas ir tikai buferis starp troposfēru un stratosfēru.

Stratosfēra: ozona mājvieta

Stratosfēra ir nākamais atmosfēras slānis. Tas stiepjas no 6-20 km līdz 50 km virs zemes virsmas. Šis ir slānis, kurā lido lielākā daļa komerciālo pasažieru un ceļo gaisa baloni.

Šeit gaiss neplūst augšup un lejup, bet ļoti straujās gaisa straumēs pārvietojas paralēli virsmai. Temperatūra paaugstinās, kāpjot, pateicoties dabīgā ozona (O 3), blakusprodukta, daudzumam saules radiācija un skābeklis, kas spēj absorbēt saules kaitīgos ultravioletos starus (jebkura temperatūras paaugstināšanās ar augstumu meteoroloģijā ir pazīstama kā "inversija").

Tā kā stratosfērā ir siltāka temperatūra apakšā un vēsāka augšpusē, konvekcija (vertikālās kustības gaisa masas) šajā atmosfēras daļā ir reti. Patiesībā jūs varat apskatīt troposfērā plosošo vētru no stratosfēras, jo slānis darbojas kā konvekcijas "vāciņš", caur kuru vētras mākoņi nevar iekļūt.

Pēc stratosfēras atkal ir bufera slānis, ko šoreiz sauc par stratopauzi.

Mezosfēra: vidējā atmosfēra

Mezosfēra atrodas aptuveni 50-80 km attālumā no Zemes virsmas. Augšējā mezosfēra ir aukstākā dabiskā vieta uz Zemes, kur temperatūra var nokristies zem -143 ° C.

Termosfēra: atmosfēras augšdaļa

Mezosfērai un mezopauzei seko termosfēra, kas atrodas starp 80 un 700 km virs planētas virsmas un satur mazāk nekā 0,01% no visa atmosfēras apvalka esošā gaisa. Temperatūra šeit sasniedz līdz + 2000 ° C, taču, pateicoties spēcīgajam gaisa retumam un gāzes molekulu trūkumam siltuma pārnesei, šīs augstās temperatūras tiek uztvertas kā ļoti aukstas.

Eksosfēra: atmosfēras un telpas robeža

Apmēram 700-10 000 km augstumā virs zemes virsmas atrodas eksosfēra - atmosfēras ārējā mala, kas robežojas ar kosmosu. Šeit meteoroloģiskie pavadoņi griežas ap Zemi.

Kā ar jonosfēru?

Jonosfēra nav atsevišķs slānis, bet patiesībā šis termins tiek lietots, lai apzīmētu atmosfēru 60 līdz 1000 km augstumā. Tas ietver mezosfēras augšējās daļas, visu termosfēru un daļu eksosfēras. Jonosfēra iegūst savu nosaukumu, jo šajā atmosfēras daļā saules starojums tiek jonizēts, kad tas iet gar Zemes magnētiskajiem laukiem un. Šī parādība tiek novērota no zemes kā ziemeļblāzma.

Jāsaka, ka Zemes atmosfēras struktūra un sastāvs mūsu planētas attīstībā ne vienmēr bija nemainīgas vērtības vienā vai otrā laikā. Šodien šī elementa vertikālo struktūru, kuras kopējais "biezums" ir 1,5-2,0 tūkstoši km, attēlo vairāki galvenie slāņi, tostarp:

1. Troposfēra.
2. Tropopauze.
3. Stratosfēra.
4. Stratopauze.
5. Mezosfēra un mezopauze.
6. Termosfēra.
7. Eksosfēra.

Atmosfēras pamatelementi

Troposfēra ir slānis, kurā novēro spēcīgas vertikālas un horizontālas kustības, tieši šeit ir laika apstākļi, nogulsnes, klimatiskie apstākļi... Tas gandrīz 7-8 kilometrus no planētas virsmas stiepjas gandrīz visur, izņemot polāros reģionus (tur līdz 15 km). Troposfērā temperatūra pakāpeniski pazeminās, aptuveni par 6,4 ° C ar katru augstuma kilometru. Dažādos platuma grādos un gadalaikos šis skaitlis var atšķirties.

Šajā daļā ir parādīts Zemes atmosfēras sastāvs šādi elementi un to procentuālās daļas:

Slāpeklis - aptuveni 78 procenti;

Skābeklis - gandrīz 21 procents;

Argons - apmēram viens procents;

Oglekļa dioksīds - mazāk nekā 0,05%.

Viens vilciens līdz 90 kilometriem

Turklāt šeit jūs varat atrast putekļus, ūdens pilienus, ūdens tvaikus, degšanas produktus, ledus kristālus, jūras sāļus, daudzas aerosola daļiņas utt. Šis Zemes atmosfēras sastāvs tiek novērots aptuveni deviņdesmit kilometru augstumā, tāpēc gaiss ir aptuveni vienāds ar ķīmisko sastāvu ne tikai troposfērā, bet arī virsējos slāņos. Bet atmosfēra tur ir principiāli atšķirīga. fizikālās īpašības... Slānis, kam ir kopīgs ķīmiskais sastāvssauc par homosfēru.

Kādi citi elementi ir daļa no Zemes atmosfēras? Procentos (pēc tilpuma, sausā gaisā) tādas gāzes kā kriptons (apmēram 1,14 x 10-4), ksenons (8,7 x 10-7), ūdeņradis (5,0 x 10-5), metāns (apmēram 1,7 x 10 - 4) ), slāpekļa oksīds (5,0 x 10-5) utt. Uzskaitīto komponentu svara procentos galvenokārt slāpekļa oksīds un ūdeņradis, kam seko hēlijs, kriptons utt.

Dažādu atmosfēras slāņu fizikālās īpašības

Troposfēras fizikālās īpašības ir cieši saistītas ar tās pielipšanu planētas virsmai. No šejienes atstarotais saules siltums infrasarkano staru veidā tiek virzīts atpakaļ uz augšu, ieskaitot siltuma vadīšanas un konvekcijas procesus. Tāpēc ar attālumu no zemes virsma temperatūra pazeminās. Šī parādība tiek novērota līdz stratosfēras augstumam (11-17 kilometri), pēc tam temperatūra praktiski nemainās līdz 34-35 km, un pēc tam temperatūra atkal paaugstinās līdz 50 kilometru augstumam (stratosfēras augšējā robeža) . Starp stratosfēru un troposfēru ir plāns tropopauzes starpslānis (līdz 1-2 km), kur virs ekvatora tiek novērotas nemainīgas temperatūras - aptuveni mīnus 70 ° C un zemāk. Virs stabiem tropopauze vasarā "sasilst" līdz mīnus 45 ° C, ziemā temperatūra šeit svārstās ap -65 ° C.

Zemes atmosfēras gāzes sastāvs ietver tādu svarīgu elementu kā ozons. Tas ir relatīvi mazs virszemes tuvumā (desmit līdz sestais procenta spēks), jo gāze veidojas saules gaismas ietekmē no atomu skābekļa atmosfēras augšējās daļās. Jo īpaši lielākā daļa ozona atrodas aptuveni 25 km augstumā, un viss "ozona ekrāns" atrodas apgabalos no 7-8 km stabu zonā, no 18 km pie ekvatora un līdz pat piecdesmit kilometriem kopumā virs planētas virsmas.

Atmosfēra aizsargā pret saules starojumu

Zemes atmosfēras gaisa sastāvam ir ļoti svarīga loma dzīvības saglabāšanā, jo tā ir individuāla ķīmiskie elementi un kompozīcijas veiksmīgi ierobežo saules starojuma piekļuvi zemes virsmai un tajā dzīvojošiem cilvēkiem, dzīvniekiem un augiem. Piemēram, ūdens tvaiku molekulas efektīvi absorbē gandrīz visus infrasarkano staru diapazonus, izņemot garumus diapazonā no 8 līdz 13 mikroniem. Ozons absorbē ultravioleto gaismu līdz viļņa garumam 3100 A. Bez tā plānā slāņa (vidēji tas būs tikai 3 mm, ja tas atrodas uz planētas virsmas), tikai ūdeņi vairāk nekā 10 metru dziļumā un pazemes alas tur, kur saules starojums nesasniedz, var dzīvot ...

Nulle Celsija pēc stratopauzes

Starp nākamajiem diviem atmosfēras līmeņiem - stratosfēru un mezosfēru - ir ievērojams slānis - stratopauze. Tas aptuveni atbilst ozona maksimumu augstumam, un cilvēkiem ir salīdzinoši ērta temperatūra - aptuveni 0 ° C. Virs stratopauzes, mezosfērā (tas sākas kaut kur 50 km augstumā un beidzas 80-90 km augstumā), atkal ir temperatūras pazemināšanās, palielinoties attālumam no Zemes virsmas (līdz mīnus 70-80 ° С). Mezosfērā meteori parasti pilnībā izdeg.

Termosfērā - plus 2000 K!

Zemes atmosfēras ķīmiskais sastāvs termosfērā (sākas pēc mezopauzes no aptuveni 85-90 līdz 800 km augstuma) nosaka tādas parādības iespējamību kā ļoti reta "gaisa" slāņu pakāpeniska uzkarsēšana saules ietekmē starojums. Šajā planētas "gaisa plīvura" daļā notiek temperatūra no 200 līdz 2000 K, kas tiek iegūta saistībā ar skābekļa jonizāciju (atomu skābeklis atrodas virs 300 km), kā arī skābekļa atomu rekombināciju par molekulas, ko papildina liela daudzuma siltuma izdalīšanās. Termosfēra ir auroras izcelsme.

Virs termosfēras atrodas eksosfēra - atmosfēras ārējais slānis, no kura gaismā un ātri kustīgi ūdeņraža atomi var izkļūt kosmosā. Zemes atmosfēras ķīmisko sastāvu šeit vairāk pārstāv atsevišķi skābekļa atomi apakšējos slāņos, hēlija atomi vidū un gandrīz tikai ūdeņraža atomi augšējos. Šeit dominē augsta temperatūra - apmēram 3000 K, un nav atmosfēras spiediena.

Kā izveidojās zemes atmosfēra?

Bet, kā minēts iepriekš, planētai ne vienmēr bija tāds atmosfēras sastāvs. Ir trīs šī elementa izcelsmes jēdzieni. Pirmā hipotēze liek domāt, ka akrēcijas laikā atmosfēra tika ņemta no protoplanetārā mākoņa. Tomēr šodien šī teorija tiek nopietni kritizēta, jo šādu primāro atmosfēru mūsu planētu sistēmā vajadzēja iznīcināt saules "vējam" no saules. Turklāt tiek pieņemts, ka gaistošie elementi pārāk augstas temperatūras dēļ nevarētu palikt zemes planētu veidošanās zonā.

Zemes primārās atmosfēras sastāvs, kā liecina otrā hipotēze, varētu būt izveidojies, pateicoties aktīvai virsmas bombardēšanai ar asteroīdiem un komētām, kas agrīnā attīstības stadijā ieradās no Saules sistēmas tuvuma. Apstiprināt vai noliegt šo koncepciju ir diezgan grūti.

Eksperiments IDG RAS

Šķiet, ka visticamākā ir trešā hipotēze, kurā tiek uzskatīts, ka atmosfēra parādījās gāzu izdalīšanās rezultātā no zemes garozas apvalka apmēram pirms 4 miljardiem gadu. Šī koncepcija tika pārbaudīta Krievijas Zinātņu akadēmijas Ģeoloģijas un ģeoloģijas institūtā eksperimenta "Tsarev 2" laikā, kad meteoriskā materiāla paraugs tika uzkarsēts vakuumā. Tad tika reģistrēta tādu gāzu izdalīšanās kā H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 utt. Tāpēc zinātnieki pamatoti pieņēma, ka Zemes primārās atmosfēras ķīmiskais sastāvs ietver ūdeni un oglekļa dioksīdu, fluorūdeņradi (HF) tvaiki, oglekļa monoksīda gāze (CO), sērūdeņradis (H 2 S), slāpekļa savienojumi, ūdeņradis, metāns (CH 4), amonjaka tvaiki (NH 3), argons utt. Ūdens tvaiki no primārās atmosfēras piedalījās hidrosfēras veidošanās, oglekļa dioksīds saistītā stāvoklī organiskajās vielās un iežos parādījās lielākā mērā, slāpeklis nokļuva mūsdienu gaisa sastāvā, kā arī atkal nogulumu iežos un organiskajās vielās.

Zemes primārās atmosfēras sastāvs to nepieļautu mūsdienu cilvēki atrasties tajā bez elpošanas aparāta, jo tad vajadzīgajā daudzumā nebija skābekļa. Tiek uzskatīts, ka šis elements ievērojamā apjomā parādījās pirms pusotra miljarda gada, domājams, saistībā ar zilzaļo un citu aļģu, kas ir senākie mūsu planētas iedzīvotāji, fotosintēzes procesa attīstību.

Skābekļa minimums

Par to, ka Zemes atmosfēras sastāvs sākotnēji bija gandrīz bezūdens, norāda fakts, ka viegli oksidēts, bet ne oksidēts grafīts (ogleklis) ir atrodams vecākajos (Katarhijas) klintīs. Pēc tam tā sauktā josla dzelzs rūdas, kas ietvēra bagātinātu dzelzs oksīdu slāņus, kas nozīmē izskatu uz planētas spēcīgs avots skābeklis molekulārā formā. Bet šie elementi radās tikai periodiski (iespējams, tās pašas aļģes vai citi skābekļa ražotāji parādījās mazās salās anoksiskajā tuksnesī), bet pārējā pasaule bija anaeroba. Pēdējo apstiprina fakts, ka viegli oksidējamais pirīts tika atrasts oļu veidā, kurus plūsma apstrādāja bez pēdām. ķīmiskās reakcijas... Tā kā plūstošos ūdeņus nevar slikti gāzēt, tika apgalvots, ka atmosfērā pirms kambrija bija mazāk nekā viens procents skābekļa no mūsdienu sastāva.

Revolucionāras izmaiņas gaisa sastāvā

Aptuveni proterozoja vidū (pirms 1,8 miljardiem gadu) notika "skābekļa revolūcija", kad pasaule pārgāja uz aerobo elpošanu, kuras laikā viena molekula barības viela (glikoze) jūs varat iegūt 38, nevis divas (kā ar anaerobās elpošanas gadījumā) enerģijas vienības. Zemes atmosfēras sastāvs skābekļa izteiksmē sāka pārsniegt vienu procentu no tagadnes, un sāka parādīties ozona slānis, kas aizsargā organismus no radiācijas. Tieši no viņas senie dzīvnieki, piemēram, trilobīti, "slēpās" zem biezām čaumalām. Kopš tā laika un līdz mūsu laikam galvenā "elpošanas" elementa saturs ir pakāpeniski un lēnām palielinājies, nodrošinot uz planētas dažādas dzīvības formas attīstību.

10,045 × 10 3 J / (kg * K) (temperatūras diapazonā no 0-100 ° C), C v 8,3710 * 10 3 J / (kg * K) (0-1500 ° C). Gaisa šķīdība ūdenī pie 0 ° С ir 0,036%, pie 25 ° С - 0,22%.

Atmosfēras sastāvs

Atmosfēras veidošanās vēsture

Agrā vēsture

Pašlaik zinātne nevar absolūti precīzi izsekot visiem Zemes veidošanās posmiem. Saskaņā ar visizplatītāko teoriju, Zemes atmosfēra laika gaitā bija četrās dažādās kompozīcijās. Sākotnēji tas sastāvēja no vieglajām gāzēm (ūdeņradis un hēlijs), kas uztvertas no starpplanētu telpas. Tas ir tā saucamais primārā atmosfēra... Nākamajā posmā aktīvā vulkāniskā darbība noveda pie atmosfēras piesātināšanās ar citām gāzēm, izņemot ūdeņradi (ogļūdeņraži, amonjaks, ūdens tvaiki). Tātad tas tika izveidots sekundārā atmosfēra... Atmosfēra bija atjaunojoša. Turklāt atmosfēras veidošanās procesu noteica šādi faktori:

• pastāvīga ūdeņraža noplūde starpplanētu telpā;
• ķīmiskās reakcijas atmosfērā ultravioletā starojuma, zibens izlādes un dažu citu faktoru ietekmē.

Pamazām šie faktori noveda pie veidošanās terciārā atmosfēra, ko raksturo daudz mazāks ūdeņraža saturs un daudz lielāks slāpekļa un oglekļa dioksīda saturs (veidojas amonjaka un ogļūdeņražu ķīmisko reakciju rezultātā).

Dzīvības un skābekļa parādīšanās

Fotosintēzes rezultātā uz Zemes parādoties dzīviem organismiem, ko papildina skābekļa izdalīšanās un oglekļa dioksīda absorbcija, atmosfēras sastāvs sāka mainīties. Tomēr ir dati (atmosfēras skābekļa izotopu sastāva analīze un izdalīšanās fotosintēzes laikā), kas liecina par labu atmosfēras skābekļa ģeoloģiskajai izcelsmei.

Sākumā skābeklis tika iztērēts reducēto savienojumu - ogļūdeņražu, dzelzs dzelzs formas, kas atrodas okeānos, utt. Oksidēšanai. Šī posma beigās skābekļa saturs atmosfērā sāka augt.

90. gados tika veikti eksperimenti, lai izveidotu slēgtu ekoloģisko sistēmu ("Biosfēra 2"), kuru laikā nebija iespējams izveidot stabilu sistēmu ar vienu gaisa sastāvu. Mikroorganismu ietekme ir izraisījusi skābekļa līmeņa pazemināšanos un oglekļa dioksīda daudzuma palielināšanos.

Slāpeklis

Liela N2 daudzuma veidošanās ir saistīta ar primāro amonjaka-ūdeņraža atmosfēras oksidēšanu ar molekulāro O 2, kas no planētas virsmas sāka plūst fotosintēzes rezultātā, kā pieņemts, apmēram pirms 3 miljardiem gadu (saskaņā ar citu versiju atmosfēras skābeklim ir ģeoloģiska izcelsme). Slāpeklis augšējā atmosfērā tiek oksidēts līdz NO, tiek izmantots rūpniecībā un ir saistīts ar slāpekli fiksējošām baktērijām, savukārt N 2 tiek izvadīts atmosfērā nitrātu un citu slāpekli saturošu savienojumu denitrifikācijas rezultātā.

Slāpeklis N 2 ir inerta gāze un reaģē tikai noteiktos apstākļos (piemēram, zibens spēriena laikā). Cianobaktērijas, dažas baktērijas (piemēram, mezgliņš, veidojot rizobisku simbiozi ar pākšaugiem) var to oksidēt un pārveidot bioloģiskā formā.

Molekulārā slāpekļa oksidēšanu ar elektrisko izplūdi izmanto rūpnieciskajā slāpekļa mēslojuma ražošanā, un tas arī Čīles Atakamas tuksnesī izraisīja unikālu nitrātu nogulumu veidošanos.

Cēlās gāzes

Degviela ir galvenais piesārņojošo gāzu (CO, NO, SO 2) avots. Sēra dioksīdu oksidē gaisa O 2 līdz atmosfēras augšējos slāņos esošajam SO 3, kas mijiedarbojas ar H 2 O un NH 3 tvaikiem, un iegūtie H 2 SO 4 un (NH 4) 2 SO 4 atgriežas līdz Zemes virsmai kopā ar atmosfēras nokrišņi... Iekšdedzes dzinēju izmantošana rada ievērojamu atmosfēras piesārņojumu ar slāpekļa oksīdiem, ogļūdeņražiem un Pb savienojumiem.

Aerosola piesārņojumu atmosfērā izraisa abi dabiskie cēloņi (vulkāna izvirdumi, putekļu vētras, dreifs jūras ūdens un ziedputekšņu daļiņas utt.), un saimnieciskā darbība cilvēku (rūdu un rūdu ieguve) celtniecības materiāli, degvielas sadegšana, cementa ražošana utt.). Intensīva liela mēroga cieto daļiņu noņemšana atmosfērā ir viena no iespējamie iemesli planētas klimata izmaiņas.

Atmosfēras struktūra un atsevišķu čaulu raksturojums

Atmosfēras fizisko stāvokli nosaka laika apstākļi un klimats. Atmosfēras pamatparametri: gaisa blīvums, spiediens, temperatūra un sastāvs. Palielinoties augstumam, gaisa blīvums un atmosfēras spiediens samazinās. Temperatūra mainās arī mainoties augstumam. Atmosfēras vertikālo struktūru raksturo dažādas temperatūras un elektriskās īpašības, atšķirīgs stāvoklis gaiss. Atkarībā no temperatūras atmosfērā tiek izdalīti šādi galvenie slāņi: troposfēra, stratosfēra, mezosfēra, termosfēra, eksosfēra (izkliedējošā sfēra). Atmosfēras pārejas reģionus starp blakus esošajām čaulām attiecīgi sauc par tropopauzi, stratopauzi utt.

Troposfēra

Stratosfēra

Stratosfērā tiek saglabāta lielākā daļa ultravioletā starojuma (180-200 nm) īsviļņu daļas un notiek īsviļņu enerģijas transformācija. Šo staru ietekmē mainās magnētiskie lauki, sadalās molekulas, jonizācija, jauna gāzu veidošanās un citas ķīmiskie savienojumi... Šos procesus var novērot ziemeļblāzmas, zibens un citu spīdumu veidā.

Stratosfērā un augstākajos slāņos saules starojuma ietekmē gāzes molekulas disociējas atomos (virs 80 km, CO 2 un H 2, virs 150 km - O 2, virs 300 km - H 2). 100-400 km augstumā gāzes jonizācija notiek arī jonosfērā, 320 km augstumā lādētu daļiņu (O + 2, O - 2, N + 2) koncentrācija ir ~ 1/300 no neitrālas daļiņas. Brīvie radikāļi atrodas atmosfēras augšdaļā - OH, HO 2 utt.

Stratosfērā gandrīz nav ūdens tvaiku.

Mezosfēra

Līdz 100 km augstumam atmosfēra ir viendabīgs, labi sajaukts gāzu maisījums. Augstākos slāņos gāzu sadalījums augstumā ir atkarīgs no to molekulmasām, smagāku gāzu koncentrācija samazinās ātrāk ar attālumu no Zemes virsmas. Gāzu blīvuma samazināšanās dēļ temperatūra pazeminās no 0 ° С stratosfērā līdz −110 ° С mezosfērā. Tomēr atsevišķu daļiņu kinētiskā enerģija 200-250 km augstumā atbilst ~ 1500 ° C temperatūrai. Virs 200 km ievērojamas laika un telpas temperatūras un blīvuma svārstības.

Apmēram 2000-3000 km augstumā eksosfēra pamazām pāriet tā sauktajā kosmosa tuvumā esošajā vakuumā, kas ir piepildīts ar ļoti retām starpplanētu gāzes daļiņām, galvenokārt ūdeņraža atomiem. Bet šī gāze ir tikai daļa no starpplanētu matērijas. Vēl vienu daļu veido putekļainas komētiskas un meteoriskas izcelsmes daļiņas. Papildus šīm ārkārtīgi retajām daļiņām šajā telpā iekļūst saules un galaktikas izcelsmes elektromagnētiskais un korpuskulārais starojums.

Troposfēra veido aptuveni 80% no atmosfēras masas, stratosfēra - apmēram 20%; mezosfēras masa ir ne vairāk kā 0,3%, termosfēra ir mazāka par 0,05% no kopējās atmosfēras masas. Pamatojoties uz elektriskajām īpašībām atmosfērā, tiek izšķirta neitrosfēra un jonosfēra. Pašlaik tiek uzskatīts, ka atmosfēra paplašinās līdz 2000-3000 km augstumam.

Atkarībā no gāzes sastāva atmosfērā, homosfēra un heterosfēra. Heterosfēra - Šajā zonā gravitācija ietekmē gāzu atdalīšanos, jo to sajaukšanās šajā augstumā ir nenozīmīga. Tādējādi mainīgais heterosfēras sastāvs. Zem tā atrodas labi sajaukta atmosfēras daļa, viendabīga pēc sastāva, saukta par homosfēru. Robežu starp šiem slāņiem sauc par turbopauzi; tā atrodas aptuveni 120 km augstumā.

Atmosfēras īpašības

Jau 5 km augstumā virs jūras līmeņa neapmācītam cilvēkam rodas skābekļa bads un bez pielāgošanās cilvēka darbspējas ievērojami samazinās. Šeit beidzas atmosfēras fizioloģiskā zona. Cilvēka elpošana kļūst neiespējama 15 km augstumā, lai gan atmosfērā ir skābeklis līdz aptuveni 115 km.

Atmosfēra nodrošina mūs ar skābekli, kas mums nepieciešams elpot. Tomēr, ņemot vērā atmosfēras kopējā spiediena kritumu, pieaugot līdz augstumam, attiecīgi samazinās arī skābekļa parciālais spiediens.

Cilvēka plaušās pastāvīgi ir apmēram 3 litri alveolārā gaisa. Skābekļa parciālais spiediens alveolārajā gaisā normālā atmosfēras spiedienā ir 110 mm Hg. Art., Oglekļa dioksīda spiediens - 40 mm Hg. Art., Un ūdens tvaiki -47 mm Hg. Art. Palielinoties augstumam, skābekļa spiediens pazeminās, un kopējais ūdens tvaiku un oglekļa dioksīda spiediens plaušās paliek gandrīz nemainīgs - aptuveni 87 mm Hg. Art. Skābekļa plūsma uz plaušām pilnībā apstāsies, kad apkārtējā gaisa spiediens kļūs vienāds ar šo vērtību.

Apmēram 19-20 km augstumā atmosfēras spiediens pazeminās līdz 47 mm Hg. Art. Tāpēc šajā augstumā ūdens un starpšūnu šķidrums sāk vārīties cilvēka ķermenī. Ārpus spiediena salona šajos augstumos nāve iestājas gandrīz uzreiz. Tādējādi no cilvēka fizioloģijas viedokļa "kosmoss" sākas jau 15-19 km augstumā.

Blīvi gaisa slāņi - troposfēra un stratosfēra - pasargā mūs no radiācijas postošās ietekmes. Ar pietiekamu gaisa retumu, vairāk nekā 36 km augstumā, jonizējošais starojums - primārie kosmiskie stari - intensīvi ietekmē ķermeni; vairāk nekā 40 km augstumā darbojas Saules spektra ultravioletā daļa, kas ir bīstama cilvēkiem.

Zilā planēta ...

Šai tēmai vietnē bija jāparādās vienai no pirmajām. Galu galā helikopteri ir atmosfēras lidmašīnas. Zemes atmosfēra - viņu dzīvesvieta, tā teikt :-). UN gaisa fizikālās īpašības vienkārši nosakiet šī biotopa kvalitāti :-). Tas ir, tas ir viens no pamatiem. Un viņi vienmēr vispirms raksta par bāzi. Bet es to sapratu tikai tagad. Tomēr labāk, kā jūs zināt, ar nokavēšanos nekā nekad ... Pieskaramies šim jautājumam, taču neiekļūstot džungļos un liekās grūtībās :-).

Tātad ... Zemes atmosfēra... Tas ir mūsu zilās planētas gāzes apvalks. Visi zina šo vārdu. Kāpēc zila? Vienkārši tāpēc, ka "zilā" (kā arī zilā un violetā) saules gaismas (spektra) sastāvdaļa ir vislabāk izkaisīta atmosfērā, tādējādi nokrāsojot to zilgani zilganā krāsā, dažreiz ar violetu toņu nokrāsu (protams, saulainā dienā: -)) ...

Zemes atmosfēras sastāvs.

Atmosfēras sastāvs ir pietiekami plašs. Es neuzskaitīšu visus tekstā esošos komponentus, tāpēc tas ir labi ilustrēts. Visu šo gāzu sastāvs ir praktiski nemainīgs, izņemot oglekļa dioksīdu (CO 2). Turklāt atmosfērā obligāti ir ūdens tvaiku, pilienu suspensijas vai ledus kristālu veidā. Ūdens daudzums ir mainīgs un atkarīgs no temperatūras un, mazākā mērā, no gaisa spiediena. Turklāt Zemes atmosfērā (īpaši pašreizējā) ir noteikts daudzums, es teiktu “visādas nejaukas lietas” :-). Tie ir SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, turklāt ir dzīvsudraba tvaiki Hg. Tiesa, tas viss ir mazos daudzumos, paldies Dievam :-).

Zemes atmosfēra ir ierasts sadalīt vairākās zonās, sekojot viena otrai augstumā virs virsmas.

Pirmais, vistuvāk zemei, ir troposfēra. Tas ir viszemākais un, tā teikt, galvenais dzīves slānis. dažāda veida... Tas satur 80% no kopējās masas atmosfēras gaiss (kaut arī pēc tilpuma tas ir tikai aptuveni 1% no visas atmosfēras) un apmēram 90% no visa atmosfēras ūdens. Lielākā daļa visu vēju, mākoņu, lietavu un sniegu ir no turienes. Troposfēra sniedzas apmēram 18 km augstumā tropiskajos platuma grādos un līdz 10 km augstumā polārajos. Gaisa temperatūra tajā pazeminās, pieaugot līdz aptuveni 0.65º augstumam uz katriem 100 m.

Atmosfēras zonas.

Otrā zona ir stratosfēra. Jāsaka, ka starp troposfēru un stratosfēru izšķir vēl vienu šauru zonu - tropopauzi. Temperatūras kritums ar augstumu tajā apstājas. Tropopauzes vidējais biezums ir 1,5-2 km, taču tās robežas ir neskaidras, un troposfēra bieži pārklājas ar stratosfēru.

Tātad stratosfēras vidējais augstums ir no 12 km līdz 50 km. Temperatūra tajā nemainās līdz 25 km (apmēram -57 ° С), tad kaut kur līdz 40 km tā paaugstinās līdz aptuveni 0 ° С un pēc tam paliek nemainīga līdz 50 km. Stratosfēra ir samērā mierīga zemes atmosfēras daļa. Tajā praktiski nav nelabvēlīgu laika apstākļu. Tieši stratosfērā slavenais ozona slānis atrodas 15-20 km līdz 55-60 km augstumā.

Pēc tam seko neliela robežslāņa stratopauze, kur temperatūra paliek aptuveni 0 ° C, un pēc tam nākamā zona ir mezosfēra. Tas sniedzas līdz 80-90 km augstumam, un temperatūra tajā nokrītas līdz aptuveni 80 ° C. Mezosfērā parasti kļūst redzami mazi meteori, kas tajā sāk mirdzēt un tur izdegt.

Nākamā šaurā plaisa ir mezopauze un termosfēras zona aiz tās. Tās augstums ir līdz 700-800 km. Šeit temperatūra atkal sāk paaugstināties, un aptuveni 300 km augstumā tā var sasniegt 1200 ° C lielumu. Turklāt tas paliek nemainīgs. Jonosfēra atrodas termosfēras iekšienē līdz aptuveni 400 km augstumam. Šeit gaiss ir ļoti jonizēts saules starojuma iedarbības dēļ, un tam ir augsta elektrovadītspēja.

Nākamā un kopumā pēdējā zona ir eksosfēra. Šī ir tā saucamā izkliedes zona. Tur galvenokārt ir ļoti retināts ūdeņradis un hēlijs (pārsvarā ir ūdeņradis). Apmēram 3000 km augstumā eksosfēra pārveidojas par gandrīz kosmosa vakuumu.

Tas ir kaut kas līdzīgs šim. Kāpēc par to? Tā kā šie slāņi ir diezgan konvencionāli. Iespējamas dažādas augstuma izmaiņas, gāzu sastāvs, ūdens, temperatūras vērtības, jonizācija un tā tālāk. Turklāt ir daudz vairāk terminu, kas nosaka zemes atmosfēras struktūru un stāvokli.

Piemēram, homosfēra un heterosfēra. Pirmajā atmosfēras gāzes ir labi sajauktas, un to sastāvs ir diezgan vienmērīgs. Otrais atrodas virs pirmā, un tur praktiski nav šādas sajaukšanas. Tajā esošās gāzes atdala ar gravitāciju. Robeža starp šiem slāņiem atrodas 120 km augstumā, un to sauc par turbopauzi.

Es, iespējams, pabeigšu ar noteikumiem, bet noteikti piebildīšu, ka parasti tiek pieņemts, ka atmosfēras robeža atrodas 100 km augstumā virs jūras līmeņa. Šo robežu sauc par kabatas līniju.

Es pievienošu vēl divas bildes, lai ilustrētu atmosfēras struktūru. Pirmais tomēr ir vācu valodā, taču pilnīgs un diezgan viegli saprotams :-). To var palielināt un labi redzēt. Otrais parāda atmosfēras temperatūras izmaiņas ar augstumu.

Zemes atmosfēras struktūra.

Gaisa temperatūras maiņa ar augstumu.

Mūsdienu orbitālie kosmosa kuģi lido aptuveni 300–400 km augstumā. Tomēr šī vairs nav aviācija, kaut arī šī teritorija, protams, ir cieši saistīta noteiktā nozīmē, un mēs par to noteikti runāsim :-).

Aviācijas zona ir troposfēra. Mūsdienu atmosfēras lidmašīnas var lidot stratosfēras apakšējos slāņos. Piemēram, MIG-25RB praktiskie griesti ir 23 000 m.

Lidojums stratosfērā.

Un tieši tā gaisa fizikālās īpašības troposfēra nosaka, kā notiks lidojums, cik efektīva būs lidmašīnas vadības sistēma, kā turbulence atmosfērā to ietekmēs, kā darbosies dzinēji.

Pirmais galvenais īpašums ir gaisa temperatūra... Gāzes dinamikā to var noteikt pēc Celsija skalas vai pēc Kelvina skalas.

Temperatūra t 1 noteiktā augstumā H pēc Celsija skalas ir noteikts:

t1 \u003d t - 6,5H kur t- gaisa temperatūra zemes tuvumā.

Tiek saukta temperatūra pēc Kelvina skalas absolūtā temperatūra, nulle šajā skalā ir absolūtā nulle. Pie absolūtās nulles molekulu termiskā kustība apstājas. Absolūtā nulle Kelvina skalā atbilst –273º pēc Celsija skalas.

Attiecīgi temperatūra T uz augšu Hpēc Kelvina skalas tiek noteikts:

T \u003d 273K + t - 6,5H

Gaisa spiediens. Atmosfēras spiediens mēra paskalos (N / m 2), vecajā mērījumu sistēmā atmosfērās (atm.). Ir arī tāda lieta kā barometriskais spiediens. Tas ir spiediens, ko mēra milimetros dzīvsudraba, izmantojot dzīvsudraba barometru. Barometriskais spiediens (spiediens jūras līmenī) ir vienāds ar 760 mm Hg. Art. sauc par standarta. Fizikā 1 atm. ir tieši vienāds ar 760 mm Hg.

Gaisa blīvums... Aerodinamikā visbiežāk lietotais jēdziens ir gaisa masas blīvums. Šī ir gaisa masa 1 m 3 tilpumā. Gaisa blīvums mainās līdz ar augstumu, gaiss kļūst retāks.

Gaisa mitrums... Parāda ūdens daudzumu gaisā. Ir jēdziens “ relatīvais mitrums". Šī ir ūdens tvaiku masas attiecība pret maksimāli iespējamo noteiktā temperatūrā. 0% jēdziens, tas ir, kad gaiss ir pilnīgi sauss, tas var pastāvēt tikai laboratorijā. No otras puses, 100% mitrums ir reāls. Tas nozīmē, ka gaiss ir absorbējis visu ūdeni, ko tas varētu absorbēt. Kaut kas līdzīgs absolūti "pilnam sūklim". Augsts relatīvais mitrums pazemina gaisa blīvumu, bet zems relatīvais mitrums attiecīgi palielina.

Sakarā ar to, ka lidmašīnu lidojumi notiek dažādos atmosfēras apstākļos, to lidojuma un aerodinamiskie parametri vienā lidojuma režīmā var būt atšķirīgi. Tādēļ, lai pareizi novērtētu šos parametrus, Starptautiskā standarta atmosfēra (ISA)... Tas parāda gaisa stāvokļa izmaiņas, paaugstinoties augstumam.

Tiek ņemti galvenie gaisa stāvokļa parametri pie nulles mitruma:

spiediens P \u003d 760 mm Hg. Art. (101,3 kPa);

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

masas blīvums ρ \u003d 1,225 kg / m 3;

Attiecībā uz ISA ir pieņemts (kā tika teikts iepriekš :-)), ka temperatūra troposfērā pazeminās par 0,65 ° uz katriem 100 augstuma metriem.

Standarta atmosfēra (piemērs līdz 10 000 m).

ISA tabulas tiek izmantotas instrumentu kalibrēšanai, kā arī navigācijas un inženiertehniskajiem aprēķiniem.

Gaisa fizikālās īpašības ietver arī tādus jēdzienus kā inerts, viskozitāte un saspiežamība.

Inerce ir gaisa īpašība, kas raksturo tā spēju pretoties miera stāvokļa maiņai vai vienmērīgai taisnas kustības kustībai . Inerces mērs ir gaisa masas blīvums. Jo augstāks tas ir, jo lielāks ir inerces un pretestības spēks, kad lidmašīna tajā pārvietojas.

Viskozitāte. Nosaka gaisa berzes pretestību, kad lidmašīna pārvietojas.

Saspiežamība mēra gaisa blīvuma izmaiņas, mainoties spiedienam. Mazā ātrumā lidmašīna (līdz 450 km / h), kad apkārt plūst gaisa plūsma, spiediena izmaiņas nenotiek, bet lielā ātrumā saspiežamības efekts sāk izpausties. Īpaši tiek ietekmēta tā ietekme uz virsskaņu. Šī ir atsevišķa aerodinamikas joma un atsevišķa raksta tēma :-).

Nu, šķiet, ka pagaidām tas ir viss ... Ir pienācis laiks pabeigt šo nedaudz garlaicīgo uzskaitījumu, ko tomēr nevar iztikt bez :-). Zemes atmosfēra, tā parametri, gaisa fizikālās īpašības lidaparātam tikpat svarīgi kā paša lidaparāta parametri, un tos nebija iespējams neminēt.

Uz redzēšanos, līdz nākamajām tikšanām un interesantākām tēmām 🙂 ...

P.S. Lai iegūtu saldumu, iesaku noskatīties video, kas uzņemts no MIG-25PU dvīņa pilota kabīnes lidojuma laikā stratosfērā. Acīmredzot tas bija tūrists, kuram bija nauda šādiem lidojumiem :-). Filmēja būtībā visu caur vējstiklu. Pievērsiet uzmanību debess krāsai ...