Qual é a atmosfera em suma. O que é atmosfera? Atmosfera da Terra: estrutura, significado
A estrutura da atmosfera da Terra
A atmosfera é a concha gasosa da Terra com partículas de aerossol contidas nela, movendo-se junto com a Terra no espaço mundial como um todo e ao mesmo tempo participando da rotação da Terra. No fundo da atmosfera, nossa vida ocorre principalmente.
Quase todos os planetas do nosso sistema solar têm suas próprias atmosferas, mas apenas a atmosfera da Terra é capaz de sustentar vida.
Quando nosso planeta estava se formando, 4,5 bilhões de anos atrás, então, muito provavelmente, ele estava desprovido de atmosfera. A atmosfera foi formada como resultado de emissões vulcânicas de vapor de água com misturas de dióxido de carbono, nitrogênio e outros produtos químicos das entranhas do jovem planeta. Mas a atmosfera pode conter uma quantidade limitada de umidade, então seu excesso devido à condensação deu origem aos oceanos. Mas então a atmosfera estava desprovida de oxigênio. Os primeiros organismos vivos que se originaram e se desenvolveram no oceano, como resultado da reação de fotossíntese (H 2 O + CO 2 \u003d CH 2 O + O 2), passaram a emitir pequenas porções de oxigênio, que começaram a entrar na atmosfera.
A formação de oxigênio na atmosfera terrestre levou à formação da camada de ozônio em altitudes de cerca de 8 a 30 km. E assim, nosso planeta adquiriu proteção contra os efeitos destrutivos dos estudos ultravioleta. Esta circunstância serviu de ímpeto para a evolução futura das formas de vida na Terra, porque Como resultado do aumento da fotossíntese, a quantidade de oxigênio na atmosfera começou a crescer rapidamente, o que contribuiu para a formação e manutenção de formas de vida, inclusive em terra.
Hoje nossa atmosfera é de 78,1% de nitrogênio, 21% de oxigênio, 0,9% de argônio e 0,04% de dióxido de carbono. Néon, hélio, metano e criptônio são responsáveis \u200b\u200bpor frações muito pequenas em comparação com os gases principais.
As partículas de gás contidas na atmosfera são influenciadas pela força gravitacional da Terra. E, dado que o ar é comprimido, sua densidade diminui gradualmente com a altura, passando para o espaço sideral sem uma fronteira clara. Metade de toda a massa da atmosfera terrestre está concentrada nos 5 km inferiores, três quartos - nos 10 km inferiores, nove décimos - nos 20 km inferiores. 99% da massa da atmosfera da Terra está concentrada abaixo de uma altitude de 30 km, e isso é apenas 0,5% do raio equatorial do nosso planeta.
Ao nível do mar, o número de átomos e moléculas por centímetro cúbico de ar é cerca de 2 * 10 19, a uma altitude de 600 km apenas 2 * 10 7. Ao nível do mar, um átomo ou molécula voa cerca de 7 * 10 -6 cm antes de colidir com outra partícula. A uma altitude de 600 km, essa distância é de cerca de 10 km. E, ao nível do mar, ocorrem cerca de 7 * 10 9 colisões desse tipo a cada segundo, a uma altitude de 600 km - apenas cerca de uma por minuto!
Mas não é apenas a pressão que muda com a altitude. A temperatura também muda. Assim, por exemplo, no sopé de uma montanha alta pode estar bastante quente, enquanto o topo da montanha está coberto de neve e a temperatura ali está ao mesmo tempo abaixo de zero. E assim que você sobe em um avião a uma altitude de cerca de 10-11 km, você pode ouvir a mensagem de que está -50 graus ao mar, enquanto na superfície da Terra está 60-70 graus mais quente ...
Os cientistas inicialmente presumiram que a temperatura diminui com a altura até atingir o zero absoluto (-273,16 ° C). Mas este não é o caso.
A atmosfera da Terra consiste em quatro camadas: a troposfera, estratosfera, mesosfera, ionosfera (termosfera). Essa divisão em camadas também é feita com base nos dados das mudanças de temperatura com a altura. A camada mais baixa, onde a temperatura do ar cai com a altura, é chamada de troposfera. A camada acima da troposfera, onde cessa a queda da temperatura, dá lugar à isoterma e, por fim, a temperatura começa a subir, é chamada de estratosfera. A camada acima da estratosfera, na qual a temperatura cai rapidamente novamente, é a mesosfera. E, finalmente, a camada onde a temperatura aumenta novamente foi chamada de ionosfera ou termosfera.
A troposfera se estende em média nos 12 km mais baixos. É nele que nosso clima se forma. As nuvens mais altas (cirros) são formadas nas camadas superiores da troposfera. A temperatura na troposfera diminui adiabaticamente com a altura, ou seja, a mudança de temperatura é devido a uma diminuição da pressão com a altura. O perfil de temperatura da troposfera é em grande parte devido à radiação solar que chega à superfície da Terra. Como resultado do aquecimento da superfície da Terra pelo Sol, formam-se fluxos convectivos e turbulentos direcionados para cima, que formam o clima. É importante notar que a influência da superfície subjacente nas camadas inferiores da troposfera se estende a uma altitude de cerca de 1,5 km. Claro, excluindo áreas montanhosas.
O limite superior da troposfera é a tropopausa - camada isotérmica. Lembre-se do tipo característico de nuvens de tempestade, o topo das quais é uma "explosão" de nuvens cirros chamadas de "bigorna". Esta "bigorna" apenas "se espalha" sob a tropopausa, porque devido à isoterma, as correntes de ar ascendentes enfraquecem significativamente e a nuvem deixa de se desenvolver verticalmente. Mas, em casos raros e especiais, os topos das nuvens cúmulos-nimbos podem invadir as camadas inferiores da estratosfera, superando a tropopausa.
A altura da tropopausa depende da latitude. Portanto, no equador, ele está localizado a uma altitude de cerca de 16 km, e sua temperatura é de cerca de -80 ° C. Nos pólos, a tropopausa está localizada abaixo - a uma altitude de 8 km. No verão, sua temperatura é de –40 ° C e –60 ° C no inverno. Assim, apesar das temperaturas mais altas na superfície da Terra, a tropopausa tropical é muito mais fria do que nos pólos.
A camada de gás que envolve nosso planeta Terra, conhecida como atmosfera, é composta de cinco camadas principais. Essas camadas se originam na superfície do planeta, do nível do mar (às vezes abaixo) e sobem para o espaço sideral na seguinte sequência:
- Troposfera;
- Estratosfera;
- Mesosfera;
- Termosfera;
- Exosfera.
Diagrama das principais camadas da atmosfera terrestre
Entre cada uma dessas cinco camadas principais estão zonas de transição chamadas de "pausas", onde ocorrem mudanças na temperatura, composição e densidade do ar. Junto com as pausas, a atmosfera da Terra inclui um total de 9 camadas.
Troposfera: onde o clima acontece
De todas as camadas da atmosfera, a troposfera é aquela com a qual estamos mais familiarizados (quer você perceba ou não), já que vivemos em seu fundo - a superfície do planeta. Ele envolve a superfície da Terra e se estende por vários quilômetros. A palavra troposfera significa "mudar o globo". Um nome muito adequado, uma vez que é nesta camada que ocorre nosso clima diário.
Começando na superfície do planeta, a troposfera sobe a uma altura de 6 a 20 km. O terço inferior da camada mais próxima de nós contém 50% de todos os gases atmosféricos. É a única parte de toda a composição da atmosfera que respira. Devido ao fato de o ar ser aquecido de baixo para cima pela superfície terrestre, que absorve energia térmica O sol, com o aumento da altitude, a temperatura e a pressão da troposfera diminuem.
No topo está uma fina camada chamada tropopausa, que é apenas um amortecedor entre a troposfera e a estratosfera.
Estratosfera: lar do ozônio
A estratosfera é a próxima camada da atmosfera. Ela se estende de 6-20 km a 50 km acima da superfície da Terra. Esta é a camada na qual a maioria dos aviões comerciais voam e os balões de ar quente viajam.
Aqui, o ar não flui para cima e para baixo, mas se move paralelamente à superfície em correntes de ar muito rápidas. As temperaturas sobem conforme você sobe, graças à abundância de ozônio natural (O 3), um subproduto da radiação solar e do oxigênio, que tem a capacidade de absorver os raios ultravioleta do sol (qualquer aumento de temperatura com a altitude na meteorologia é conhecido como "inversão") ...
Como a estratosfera tem temperaturas mais quentes na parte inferior e mais frias na parte superior, convecção (movimentos verticais massas de ar) é raro nesta parte da atmosfera. Na verdade, você pode ver uma tempestade violenta na troposfera da estratosfera, já que a camada atua como uma "capa" de convecção através da qual as nuvens de tempestade não conseguem penetrar.
Após a estratosfera, existe novamente uma camada tampão, desta vez chamada de estratopausa.
Mesosfera: atmosfera intermediária
A mesosfera está localizada a aproximadamente 50-80 km da superfície da Terra. A alta mesosfera é o lugar natural mais frio da Terra, onde as temperaturas podem cair abaixo de -143 ° C.
Termosfera: atmosfera superior
A mesosfera e a mesopausa são seguidas pela termosfera, localizada entre 80 e 700 km acima da superfície do planeta, e contém menos de 0,01% de todo o ar do envelope atmosférico. As temperaturas aqui chegam a + 2.000 ° C, mas devido à forte rarefação do ar e à falta de moléculas de gás para a transferência de calor, essas altas temperaturas são percebidas como muito frias.
Exosfera: a fronteira da atmosfera e do espaço
A uma altitude de cerca de 700-10000 km acima da superfície da Terra, existe uma exosfera - a borda externa da atmosfera, na fronteira com o espaço. Aqui, os satélites meteorológicos giram em torno da Terra.
E a ionosfera?
A ionosfera não é uma camada separada, mas na verdade o termo é usado para se referir à atmosfera a uma altitude de 60 a 1000 km. Inclui as partes superiores da mesosfera, toda a termosfera e parte da exosfera. A ionosfera tem esse nome porque nesta parte da atmosfera, a radiação do Sol é ionizada quando passa pelos campos magnéticos da Terra em e. Este fenômeno é observado do solo como as luzes do norte.
A estrutura e a composição da atmosfera terrestre, é preciso dizer, nem sempre foram valores constantes em um momento ou outro no desenvolvimento de nosso planeta. Hoje, a estrutura vertical deste elemento, que tem uma "espessura" total de 1,5-2,0 mil km, é representada por várias camadas básicas, incluindo:
- Troposfera.
- Tropopausa.
- Estratosfera.
- Estratopausa.
- Mesosfera e mesopausa.
- Termosfera.
- Exosfera.
Elementos básicos da atmosfera
A troposfera é uma camada em que se observam fortes movimentos verticais e horizontais, é aqui que se encontram os fenômenos meteorológicos, sedimentares, condições climáticas... Ele se estende de 7 a 8 quilômetros da superfície do planeta em quase todos os lugares, com exceção das regiões polares (até 15 km lá). Na troposfera, ocorre uma diminuição gradual da temperatura, de aproximadamente 6,4 ° C a cada quilômetro de altitude. Esta figura pode variar para diferentes latitudes e estações.
A composição da atmosfera terrestre nesta parte é representada pelos seguintes elementos e suas porcentagens:
Nitrogênio - cerca de 78 por cento;
Oxigênio - quase 21 por cento;
Argônio - cerca de um por cento;
Dióxido de carbono - menos de 0,05%.
Trem único de até 90 quilômetros
Além disso, aqui você pode encontrar poeira, gotículas de água, vapor d'água, produtos de combustão, cristais de gelo, sais do mar, muitas partículas de aerossol, etc. Essa composição da atmosfera da Terra é observada até cerca de noventa quilômetros de altura, então o ar é aproximadamente o mesmo em composição química, não só na troposfera, mas também nas camadas sobrepostas. Mas a atmosfera lá tem propriedades físicas fundamentalmente diferentes. A camada que tem um comum composição químicaé chamada de homosfera.
Que outros elementos estão incluídos na atmosfera da Terra? Como uma porcentagem (em volume, em ar seco), gases como criptônio (cerca de 1,14 x 10 -4), xenônio (8,7 x 10 -7), hidrogênio (5,0 x 10 -5), metano (cerca de 1,7 x 10 - 4), óxido nitroso (5,0 x 10 -5), etc. Em porcentagem por peso dos componentes listados, principalmente óxido nitroso e hidrogênio, seguidos por hélio, criptônio, etc.
Propriedades físicas de diferentes camadas atmosféricas
As propriedades físicas da troposfera estão intimamente relacionadas à sua aderência à superfície do planeta. A partir daqui, o calor solar refletido na forma de raios infravermelhos é direcionado de volta para cima, incluindo os processos de condução de calor e convecção. É por isso que, com distância de superfície Terrestre a temperatura cai. Este fenômeno é observado até a altura da estratosfera (11-17 quilômetros), então a temperatura torna-se praticamente inalterada até 34-35 km, e então a temperatura sobe novamente para alturas de 50 quilômetros (o limite superior da estratosfera). Entre a estratosfera e a troposfera existe uma fina camada intermediária da tropopausa (até 1-2 km), onde temperaturas constantes são observadas acima do equador - cerca de menos 70 ° C e abaixo. Acima dos pólos, a tropopausa "aquece" no verão para menos 45 ° С, no inverno as temperaturas oscilam em torno de -65 ° С.
A composição do gás da atmosfera da Terra inclui um elemento tão importante como o ozônio. É relativamente pequeno perto da superfície (dez a menos a sexta potência de um por cento), uma vez que o gás é formado sob a influência da luz solar a partir do oxigênio atômico nas partes superiores da atmosfera. Em particular, a maior parte do ozônio está a uma altitude de cerca de 25 km, e toda a "tela de ozônio" está localizada em áreas de 7 a 8 km na área do pólo, de 18 km no equador e até cinquenta quilômetros no total acima da superfície do planeta.
A atmosfera protege contra a radiação solar
A composição do ar da atmosfera terrestre desempenha um papel muito importante na preservação da vida, uma vez que o indivíduo elementos químicos e as composições limitam com sucesso o acesso da radiação solar à superfície da Terra e às pessoas, animais e plantas que vivem nela. Por exemplo, as moléculas de vapor de água absorvem efetivamente quase todas as faixas de infravermelho, com exceção de comprimentos na faixa de 8 a 13 mícrons. O ozônio absorve a luz ultravioleta até um comprimento de onda de 3100 A. Sem sua camada fina (será de apenas 3 mm em média, se estiver localizada na superfície do planeta), apenas águas a mais de 10 metros de profundidade e cavernas subterrâneas onde a radiação solar não chega podem ser habitadas ...
Zero Celsius na estratopausa
Entre os próximos dois níveis da atmosfera, a estratosfera e a mesosfera, existe uma camada notável - a estratopausa. Corresponde aproximadamente à altura do máximo de ozônio, e há uma temperatura relativamente confortável para os humanos - cerca de 0 ° C. Acima da estratopausa, na mesosfera (começa em algum lugar a uma altitude de 50 km e termina a uma altitude de 80-90 km), há novamente uma queda nas temperaturas com o aumento da distância da superfície terrestre (até 70-80 ° C negativos). Na mesosfera, os meteoros geralmente se queimam completamente.
Na termosfera - mais 2.000 K!
A composição química da atmosfera terrestre na termosfera (começa após a mesopausa em alturas de cerca de 85-90 a 800 km) determina a possibilidade de um fenômeno como o aquecimento gradual de camadas de "ar" muito rarefeito sob a influência da radiação solar. Nesta parte do "véu de ar" do planeta ocorrem temperaturas de 200 a 2.000 K, que são obtidas em conexão com a ionização de oxigênio (o oxigênio atômico está localizado acima de 300 km), bem como a recombinação de átomos de oxigênio em moléculas, acompanhada pela liberação de grande quantidade de calor. A termosfera é a origem das auroras.
Acima da termosfera está a exosfera - a camada externa da atmosfera da qual a luz e os átomos de hidrogênio que se movem rapidamente podem escapar para o espaço. A composição química da atmosfera da Terra é representada aqui mais por átomos de oxigênio individuais nas camadas inferiores, átomos de hélio no meio e quase exclusivamente por átomos de hidrogênio nas camadas superiores. As altas temperaturas prevalecem aqui - cerca de 3000 K e não há pressão atmosférica.
Como se formou a atmosfera da Terra?
Mas, como mencionado acima, o planeta nem sempre teve essa composição da atmosfera. No total, existem três conceitos sobre a origem deste elemento. A primeira hipótese assume que a atmosfera foi retirada de uma nuvem protoplanetária durante a acreção. No entanto, hoje essa teoria está sujeita a críticas significativas, uma vez que tal atmosfera primária deveria ter sido destruída pelo "vento" solar do Sol em nosso sistema planetário. Além disso, presume-se que os elementos voláteis não poderiam permanecer na zona de formação dos planetas terrestres devido a temperaturas muito altas.
A composição da atmosfera primária da Terra, como sugere a segunda hipótese, pode ter sido formada devido ao bombardeio ativo da superfície por asteróides e cometas, que chegaram das vizinhanças do sistema solar em estágios iniciais de desenvolvimento. Confirmar ou refutar esse conceito é bastante difícil.
Experiência em IDG RAS
A terceira hipótese parece ser a mais plausível, que acredita que a atmosfera surgiu como resultado da liberação de gases do manto da crosta terrestre há cerca de 4 bilhões de anos. Este conceito foi verificado no Instituto de Geologia e Geologia da Academia Russa de Ciências durante um experimento denominado "Tsarev 2", quando uma amostra de material meteórico foi aquecida no vácuo. Então, a liberação de gases como H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2, etc. foi registrada. Portanto, os cientistas corretamente presumiram que a composição química da atmosfera primária da Terra incluía água e dióxido de carbono, vapor de fluoreto de hidrogênio (HF), monóxido de carbono gás (CO), sulfeto de hidrogênio (H 2 S), compostos de nitrogênio, hidrogênio, metano (CH 4), vapores de amônia (NH 3), argônio, etc. O vapor de água da atmosfera primária participou da formação da hidrosfera, dióxido de carbono apareceu em maior extensão em um estado ligado na matéria orgânica e nas rochas, o nitrogênio passou para a composição do ar moderno e também novamente para as rochas sedimentares e matéria orgânica.
A composição da atmosfera primária da Terra não permitiria pessoas modernas estar nele sem aparelho respiratório, visto que não havia oxigênio nas quantidades necessárias então. Este elemento apareceu em volumes significativos há um bilhão e meio de anos atrás, acredita-se, em conexão com o desenvolvimento do processo de fotossíntese em azul-esverdeado e outras algas, que são os habitantes mais antigos de nosso planeta.
Oxigênio mínimo
O fato de que a composição da atmosfera da Terra era inicialmente quase anóxica é indicado pelo fato de que grafite (carbono) prontamente oxidado, mas não oxidado, é encontrado nas rochas mais antigas (katarchean). Posteriormente, o chamado banded minérios de ferro, que incluía camadas de óxidos de ferro enriquecidos, o que significa o aparecimento no planeta de uma poderosa fonte de oxigênio na forma molecular. Mas esses elementos apareciam apenas periodicamente (talvez as mesmas algas ou outros produtores de oxigênio parecessem pequenas ilhas no deserto anóxico), enquanto o resto do mundo era anaeróbico. Este último é apoiado pelo fato de que a pirita facilmente oxidável foi encontrada na forma de seixos processados \u200b\u200bpelo fluxo sem vestígios. reações químicas... Como as águas correntes não podem ser mal aeradas, argumentou-se que a atmosfera antes do Cambriano continha menos de 1% de oxigênio da composição atual.
Mudança revolucionária na composição do ar
Aproximadamente em meados do Proterozóico (1,8 bilhões de anos atrás), ocorreu a "revolução do oxigênio", quando o mundo passou para a respiração aeróbia, durante a qual uma molécula nutriente (glicose) você pode obter 38, e não duas (como na respiração anaeróbica) unidades de energia. A composição da atmosfera terrestre, em termos de oxigênio, passou a ultrapassar um por cento da atual, começou a aparecer uma camada de ozônio, que protege os organismos da radiação. Era dela que animais antigos como os trilobitas "se escondiam" sob grossas conchas. Desde então e até os nossos dias, o conteúdo do principal elemento "respiratório" tem aumentado gradativa e lentamente, proporcionando uma variedade de formas de desenvolvimento de vida no planeta.
10,045 × 10 3 J / (kg * K) (na faixa de temperatura de 0-100 ° C), C v 8,3710 * 10 3 J / (kg * K) (0-1500 ° C). A solubilidade do ar na água a 0 ° C é de 0,036%, a 25 ° C - 0,22%.
Composição da atmosfera
História da formação da atmosfera
História antiga
Atualmente, a ciência não pode traçar com precisão absoluta todos os estágios da formação da Terra. De acordo com a teoria mais difundida, a atmosfera da Terra ao longo do tempo teve quatro composições diferentes. Originalmente, consistia em gases leves (hidrogênio e hélio) capturados do espaço interplanetário. Este é o assim chamado atmosfera primária... No estágio seguinte, a atividade vulcânica ativa levou à saturação da atmosfera com outros gases além do hidrogênio (hidrocarbonetos, amônia, vapor d'água). Então foi formado atmosfera secundária... A atmosfera era restauradora. Além disso, o processo de formação da atmosfera foi determinado pelos seguintes fatores:
- vazamento constante de hidrogênio no espaço interplanetário;
- reações químicas que ocorrem na atmosfera sob a influência da radiação ultravioleta, descargas atmosféricas e alguns outros fatores.
Aos poucos, esses fatores levaram à formação atmosfera terciária, caracterizado por um conteúdo de hidrogênio muito mais baixo e um conteúdo de nitrogênio e dióxido de carbono muito mais alto (formado como resultado de reações químicas de amônia e hidrocarbonetos).
O surgimento da vida e do oxigênio
Com o surgimento na Terra de organismos vivos em decorrência da fotossíntese, acompanhada pela liberação de oxigênio e absorção de dióxido de carbono, a composição da atmosfera começou a mudar. Existem, no entanto, dados (análise da composição isotópica do oxigênio atmosférico e liberados durante a fotossíntese) que atestam a favor da origem geológica do oxigênio atmosférico.
Inicialmente, o oxigênio era gasto na oxidação de compostos reduzidos - os hidrocarbonetos, a forma ferrosa do ferro contida nos oceanos etc. No final dessa etapa, o conteúdo de oxigênio na atmosfera começou a aumentar.
Na década de 1990, experimentos foram realizados para criar um sistema ecológico fechado ("Biosfera 2"), durante o qual não foi possível criar um sistema estável com uma única composição de ar. A influência dos microrganismos levou à diminuição dos níveis de oxigênio e ao aumento da quantidade de dióxido de carbono.
Azoto
A formação de uma grande quantidade de N 2 se deve à oxidação da atmosfera primária de amônia-hidrogênio pelo O 2 molecular, que começou a fluir da superfície do planeta como resultado da fotossíntese, como se supõe, há cerca de 3 bilhões de anos (de acordo com outra versão, o oxigênio atmosférico é de origem geológica). O nitrogênio é oxidado a NO na alta atmosfera, é usado na indústria e é ligado por bactérias fixadoras de nitrogênio, enquanto o N 2 é liberado na atmosfera como resultado da desnitrificação de nitratos e outros compostos contendo nitrogênio.
O nitrogênio N 2 é um gás inerte e reage apenas em condições específicas (por exemplo, durante a queda de um raio). Cianobactérias, algumas bactérias (por exemplo, nódulos, formando uma simbiose rizobiana com leguminosas) podem oxidá-lo e convertê-lo em uma forma biológica.
A oxidação do nitrogênio molecular por descargas elétricas é usada na produção industrial de fertilizantes nitrogenados e também levou à formação de depósitos únicos de nitrato no deserto do Atacama chileno.
gases nobres
A combustão de combustíveis é a principal fonte de gases poluentes (CO, NO, SO 2). O dióxido de enxofre é oxidado pelo O 2 do ar em SO 3 nas camadas superiores da atmosfera, que interage com os vapores de H 2 O e NH 3, e o H 2 SO 4 e (NH 4) 2 SO 4 resultantes retornam à superfície da Terra junto com precipitação atmosférica... O uso de motores de combustão interna leva a uma poluição significativa da atmosfera com óxidos de nitrogênio, hidrocarbonetos e compostos de Pb.
A poluição atmosférica por aerossóis é causada por ambas as causas naturais (erupções vulcânicas, tempestade de poeira, deriva água do mar e partículas de pólen, etc.), e atividades económicas humano (mineração de minérios e materiais de construção, combustão de combustível, produção de cimento, etc.). A remoção intensiva em grande escala de partículas sólidas na atmosfera é uma das razões possíveis mudanças climáticas do planeta.
A estrutura da atmosfera e as características das conchas individuais
O estado físico da atmosfera é determinado pelo tempo e pelo clima. Parâmetros básicos da atmosfera: densidade do ar, pressão, temperatura e composição. A densidade do ar e a pressão atmosférica diminuem com o aumento da altitude. A temperatura também muda com as mudanças de altitude. A estrutura vertical da atmosfera é caracterizada por diferentes temperaturas e propriedades elétricas, estado diferente ar. Dependendo da temperatura na atmosfera, as seguintes camadas principais são distinguidas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera, exosfera (esfera de dispersão). As regiões de transição da atmosfera entre conchas adjacentes são chamadas de tropopausa, estratopausa, etc., respectivamente.
Troposfera
Estratosfera
Na estratosfera, a maior parte da parte das ondas curtas da radiação ultravioleta (180-200 nm) é retida e ocorre a transformação da energia das ondas curtas. Sob a influência desses raios, os campos magnéticos mudam, as moléculas se desintegram, ocorre ionização, nova formação de gases e outros compostos químicos. Esses processos podem ser observados na forma de luzes do norte, relâmpagos e outros brilhos.
Na estratosfera e nas camadas superiores, sob a influência da radiação solar, as moléculas de gás se dissociam em átomos (acima de 80 km, CO 2 e H 2 se dissociam, acima de 150 km - O 2, acima de 300 km - H 2). Em uma altitude de 100-400 km, a ionização de gás também ocorre na ionosfera, em uma altitude de 320 km a concentração de partículas carregadas (O + 2, O - 2, N + 2) é ~ 1/300 da concentração de partículas neutras. Os radicais livres estão presentes na alta atmosfera - OH, HO 2, etc.
Quase não há vapor de água na estratosfera.
Mesosfera
Até uma altitude de 100 km, a atmosfera é uma mistura homogênea e bem misturada de gases. Em camadas superiores, a distribuição dos gases em altura depende de suas massas moleculares, a concentração de gases mais pesados \u200b\u200bdiminui mais rapidamente com a distância da superfície da Terra. Devido à diminuição da densidade dos gases, a temperatura diminui de 0 ° С na estratosfera para -110 ° С na mesosfera. No entanto, a energia cinética de partículas individuais em altitudes de 200-250 km corresponde a uma temperatura de ~ 1500 ° C. Acima de 200 km, flutuações significativas de temperatura e densidade dos gases são observadas no tempo e no espaço.
A uma altitude de cerca de 2.000 a 3.000 km, a exosfera gradualmente passa para o chamado vácuo do espaço próximo, que é preenchido com partículas altamente rarefeitas de gás interplanetário, principalmente átomos de hidrogênio. Mas esse gás é apenas uma fração da matéria interplanetária. A outra parte é composta de partículas semelhantes a poeira de origem cometária e meteórica. Além dessas partículas extremamente rarefeitas, a radiação eletromagnética e corpuscular de origem solar e galáctica penetra neste espaço.
A troposfera é responsável por cerca de 80% da massa da atmosfera, a estratosfera - cerca de 20%; a massa da mesosfera não é superior a 0,3%, a termosfera é inferior a 0,05% da massa total da atmosfera. Com base nas propriedades elétricas da atmosfera, a neutrosfera e a ionosfera são diferenciadas. Atualmente, acredita-se que a atmosfera se estenda a uma altitude de 2.000 a 3.000 km.
Dependendo da composição do gás na atmosfera, homosfera e heterosfera. Heterosfera - esta é a área onde a gravidade afeta a separação dos gases, uma vez que sua mistura nesta altura é desprezível. Daí a composição variável da heterosfera. Abaixo dele está uma parte bem misturada da atmosfera, de composição homogênea, chamada de homosfera. O limite entre essas camadas é chamado de turboopausa e fica a uma altitude de cerca de 120 km.
Propriedades da atmosfera
Já a uma altitude de 5 km acima do nível do mar, uma pessoa destreinada desenvolve falta de oxigênio e, sem adaptação, a capacidade de trabalho da pessoa é significativamente reduzida. É aqui que termina a zona fisiológica da atmosfera. A respiração humana torna-se impossível a uma altitude de 15 km, embora a atmosfera contenha oxigênio até cerca de 115 km.
A atmosfera nos fornece o oxigênio de que precisamos para respirar. No entanto, devido à queda na pressão total da atmosfera à medida que sobe para a altitude, a pressão parcial do oxigênio diminui de acordo.
Os pulmões humanos contêm constantemente cerca de 3 litros de ar alveolar. A pressão parcial de oxigênio no ar alveolar à pressão atmosférica normal é de 110 mm Hg. Art., Pressão de dióxido de carbono - 40 mm Hg. Art., E vapor de água -47 mm Hg. Arte. Com o aumento da altitude, a pressão do oxigênio cai e a pressão total do vapor d'água e do dióxido de carbono nos pulmões permanece quase constante - cerca de 87 mm Hg. Arte. O fluxo de oxigênio para os pulmões parará completamente quando a pressão do ar ambiente se igualar a esse valor.
A uma altitude de cerca de 19-20 km, a pressão atmosférica cai para 47 mm Hg. Arte. Portanto, nessa altura, a água e o fluido intersticial começam a ferver no corpo humano. Fora da cabine pressurizada, nessas alturas, a morte ocorre quase que instantaneamente. Assim, do ponto de vista da fisiologia humana, o "espaço" começa já a uma altitude de 15-19 km.
Camadas densas de ar - troposfera e estratosfera - nos protegem dos efeitos nocivos da radiação. Com suficiente rarefação do ar, em altitudes superiores a 36 km, a radiação ionizante - raios cósmicos primários - tem um efeito intenso no corpo; em altitudes superiores a 40 km, opera a parte ultravioleta do espectro solar, que é perigosa para os humanos.
Planeta azul ...
Este tópico deveria ter aparecido no site um dos primeiros. Afinal, os helicópteros são aeronaves atmosféricas. Atmosfera da terra - seu habitat, por assim dizer :-). E propriedades físicas do ar apenas determine a qualidade deste habitat :-). Ou seja, esta é uma das bases. E eles sempre escrevem sobre a base primeiro. Mas só percebi isso agora. Porém, é melhor, como você sabe, tarde do que nunca ... Vamos tocar nesse assunto, mas sem entrar na selva e em dificuldades desnecessárias :-).
Então… Atmosfera da terra... Este é o envelope de gás do nosso planeta azul. Todo mundo conhece esse nome. Por que azul? Simplesmente porque o componente "azul" (assim como o azul e o violeta) da luz do sol (espectro) é melhor espalhado na atmosfera, colorindo-o assim azulado-azulado, às vezes com um matiz de tons roxos (em um dia ensolarado, é claro :-)) ...
Composição da atmosfera terrestre.
A composição da atmosfera é ampla o suficiente. Não vou listar todos os componentes no texto, há uma boa ilustração para isso, a composição de todos esses gases é praticamente constante, com exceção do dióxido de carbono (CO 2). Além disso, a atmosfera contém necessariamente água na forma de vapores, suspensão de gotículas ou cristais de gelo. A quantidade de água é variável e depende da temperatura e, em menor grau, da pressão do ar. Além disso, a atmosfera da Terra (especialmente a atual) contém uma certa quantidade, eu diria "todos os tipos de coisas desagradáveis" :-). Estes são SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, além disso, existe o vapor de mercúrio Hg. É verdade, tudo isso está lá em pequenas quantidades, graças a Deus :-).
atmosfera da Terra costuma-se dividir em várias zonas, uma após a outra em altura, acima da superfície.
O primeiro, mais próximo da Terra, é a troposfera. Esta é a camada mais baixa e, por assim dizer, a principal da vida. tipo diferente... Ele contém 80% da massa total ar atmosférico (embora em volume seja apenas cerca de 1% de toda a atmosfera) e cerca de 90% de toda a água atmosférica. A maior parte de todos os ventos, nuvens, chuvas e neves 🙂 são de lá. A troposfera se estende a alturas de cerca de 18 km nas latitudes tropicais e até 10 km nas polares. A temperatura do ar cai com um aumento de cerca de 0,65º para cada 100 m.
Zonas atmosféricas.
A zona dois é a estratosfera. Deve ser dito que outra zona estreita se distingue entre a troposfera e a estratosfera - a tropopausa. A queda de temperatura com a altura pára nela. A tropopausa tem uma espessura média de 1,5-2 km, mas seus limites são indistintos e a troposfera freqüentemente se sobrepõe à estratosfera.
Portanto, a estratosfera tem uma altura média de 12 km a 50 km. A temperatura nele permanece inalterada até 25 km (cerca de -57 ° C), então em algum lugar até 40 km ela sobe para cerca de 0 ° C e então permanece inalterada até 50 km. A estratosfera é uma parte relativamente calma da atmosfera terrestre. Praticamente não há condições climáticas adversas nele. É na estratosfera que a famosa camada de ozônio está localizada em altitudes de 15-20 km a 55-60 km.
Isso é seguido por uma pequena camada limite, a estratopausa, na qual a temperatura permanece em cerca de 0 ° C, e então a próxima zona é a mesosfera. Estende-se a alturas de 80-90 km, e a temperatura cai para cerca de 80 ° C. Na mesosfera, pequenos meteoros geralmente se tornam visíveis, que começam a brilhar e queimar ali.
A próxima lacuna estreita é a mesopausa seguida pela zona da termosfera. Sua altura é de até 700-800 km. Aqui a temperatura começa a subir novamente e em altitudes da ordem de 300 km podem atingir valores da ordem de 1200 ° C. Além disso, ele permanece constante. A ionosfera está localizada dentro da termosfera até uma altitude de cerca de 400 km. Aqui, o ar é altamente ionizado devido à exposição à radiação solar e possui alta condutividade elétrica.
A próxima e, em geral, a última zona é a exosfera. Esta é a chamada zona de dispersão. Há principalmente hidrogênio e hélio muito rarefeito (com predominância de hidrogênio). Em altitudes de cerca de 3.000 km, a exosfera se transforma em um vácuo próximo ao espaço.
Isso é algo assim. Por quê? Porque essas camadas são bastante convencionais. Várias mudanças de altitude, composição de gases, água, valores de temperatura, ionização e assim por diante são possíveis. Além disso, existem muitos outros termos que definem a estrutura e o estado da atmosfera terrestre.
Por exemplo, homosfera e heterosfera. No primeiro, os gases atmosféricos são bem misturados e sua composição é bastante uniforme. O segundo está localizado acima do primeiro e praticamente não existe essa mistura. Os gases nele são separados pela gravidade. O limite entre essas camadas está localizado a uma altitude de 120 km e é chamado de turboopausa.
Provavelmente terminarei com os termos, mas com certeza acrescentarei que é convencionalmente assumido que a fronteira da atmosfera está localizada a uma altitude de 100 km acima do nível do mar. Essa borda é chamada de Linha de Bolso.
Vou acrescentar mais duas fotos para ilustrar a estrutura da atmosfera. O primeiro, porém, está em alemão, mas completo e bastante fácil de entender :-). Pode ser ampliado e bem visto. O segundo mostra a mudança da temperatura atmosférica com a altura.
A estrutura da atmosfera da Terra.
A temperatura do ar muda com a altitude.
As espaçonaves orbitais tripuladas modernas voam em altitudes de cerca de 300-400 km. No entanto, isso não é mais aviação, embora a área esteja, é claro, intimamente relacionada em um certo sentido, e certamente voltaremos a falar sobre ela :-).
A zona da aviação é a troposfera. Aeronaves atmosféricas modernas podem voar nas camadas inferiores da estratosfera. Por exemplo, o teto prático do MIG-25RB é 23.000 m.
Voo na estratosfera.
E exatamente propriedades físicas do ar a troposfera determina como será o vôo, quão eficaz será o sistema de controle da aeronave, como a turbulência na atmosfera o afetará, como os motores funcionarão.
A primeira propriedade principal é temperatura do ar... Na dinâmica dos gases, pode ser determinado na escala Celsius ou na escala Kelvin.
Temperatura t 1 em uma determinada altura H na escala Celsius é definido:
t 1 \u003d t - 6,5H Onde t- temperatura do ar próximo ao solo.
A temperatura na escala Kelvin é chamada temperatura absoluta, zero nesta escala é zero absoluto. No zero absoluto, o movimento térmico das moléculas para. O zero absoluto na escala Kelvin corresponde a -273º na escala Celsius.
Consequentemente, a temperatura T em alta Hna escala Kelvin é determinado:
T \u003d 273K + t - 6,5H
Pressão do ar. Pressão atmosférica medido em Pascais (N / m 2), no antigo sistema de medição em atmosferas (atm.). Também existe a pressão barométrica. Esta é a pressão medida em milímetros de mercúrio com um barômetro de mercúrio. Pressão barométrica (pressão ao nível do mar) igual a 760 mm Hg. Arte. chamado padrão. Em física, 1 atm. é exatamente igual a 760 mm Hg.
Densidade do ar... Em aerodinâmica, o conceito mais comumente usado é a densidade de massa do ar. Esta é uma massa de ar em um volume de 1 m 3. A densidade do ar muda com a altura, o ar se torna mais rarefeito.
Umidade do ar... Mostra a quantidade de água no ar. Existe um conceito “ humidade relativa" Esta é a razão entre a massa de vapor d'água e o máximo possível em uma determinada temperatura. O conceito de 0%, ou seja, quando o ar está completamente seco, ele só pode existir no laboratório. Por outro lado, 100% de umidade é real. Isso significa que o ar absorveu toda a água que poderia absorver. Algo como uma "esponja cheia". A alta umidade relativa diminui a densidade do ar, enquanto a baixa umidade relativa aumenta proporcionalmente.
Devido ao fato de que os voos das aeronaves ocorrem em condições atmosféricas diferentes, seus parâmetros de voo e aerodinâmicos em um modo de voo podem ser diferentes. Portanto, para uma avaliação correta desses parâmetros, Atmosfera Padrão Internacional (ISA)... Mostra a mudança no estado do ar à medida que aumenta a altitude.
Os principais parâmetros do estado do ar em umidade zero são tomados:
pressão P \u003d 760 mm Hg. Arte. (101,3 kPa);
temperatura t \u003d + 15 ° C (288 K);
densidade de massa ρ \u003d 1,225 kg / m 3;
Para o ISA aceita-se (como foi dito acima :-)) que a temperatura na troposfera desça 0,65º a cada 100 metros de altura.
Atmosfera padrão (exemplo até 10.000 m).
As tabelas ISA são usadas para calibração de instrumentos, bem como para cálculos de navegação e engenharia.
Propriedades físicas do ar também inclui conceitos como inércia, viscosidade e compressibilidade.
A inércia é uma propriedade do ar que caracteriza sua capacidade de resistir a uma mudança no estado de repouso ou movimento retilíneo uniforme . A medida de inércia é a densidade de massa do ar. Quanto maior for, maior será a força de inércia e resistência do meio quando a aeronave se move nele.
Viscosidade. Determina a resistência ao atrito do ar quando a aeronave está em movimento.
A compressibilidade mede a mudança na densidade do ar conforme a pressão muda. Em baixas velocidades aeronave (até 450 km / h), nenhuma mudança de pressão ocorre quando um fluxo de ar está fluindo ao seu redor, mas em altas velocidades o efeito de compressibilidade começa a se manifestar. Sua influência no super-som é especialmente afetada. Esta é uma área separada da aerodinâmica e um tópico para um artigo separado :-).
Bem, isso parece ser tudo por agora ... É hora de terminar essa enumeração um pouco chata, que, no entanto, não pode ser feita sem :-). Atmosfera da terra, seus parâmetros, propriedades físicas do ar também são importantes para a aeronave, bem como os parâmetros da própria aeronave, sendo impossível não mencioná-los.
Tchau, até as próximas reuniões e assuntos mais interessantes 🙂 ...
P.S. Para um doce tratamento, sugiro assistir a um vídeo filmado da cabine de um gêmeo MIG-25PU durante seu vôo para a estratosfera. Aparentemente, era um turista que tinha dinheiro para esses voos :-). Filmei basicamente tudo pelo para-brisa. Preste atenção na cor do céu ...
