Шари атмосфери - тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера та екзосфера. Вертикальна будова атмосфери Температура при вході до щільних шарів атмосфери

Товщина атмосфери – приблизно 120 км від поверхні Землі. Сумарна маса повітря в атмосфері - (5,1-5,3) 10 18 кг. З них маса сухого повітря становить 5,1352 ±0,0003 10 18 кг, загальна маса водяної пари в середньому дорівнює 1,27 10 16 кг.

Тропопауза

Перехідний шар від тропосфери до стратосфери, шар атмосфери, де припиняється зниження температури з висотою.

Стратосфера

Шар атмосфери, що знаходиться на висоті від 11 до 50 км. Характерна незначна зміна температури у шарі 11-25 км (нижній шар стратосфери) та підвищення її у шарі 25-40 км від −56,5 до 0,8° (верхній шар стратосфери чи область інверсії). Досягши на висоті близько 40 км. значення близько 273 К (майже 0 °C), температура залишається постійною до висоти близько 55 км. Ця область постійної температури називається стратопаузою і є межею між стратосферою та мезосферою.

Стратопауза

Прикордонний шар атмосфери між стратосферою та мезосферою. У вертикальному розподілі температури є максимум (близько 0 °C).

Мезосфера

Атмосфера Землі

Кордон атмосфери Землі

Термосфера

Верхня межа – близько 800 км. Температура зростає до висот 200-300 км, де досягає значень близько 1500 К, після чого залишається майже постійною до висот. Під дією ультрафіолетової та рентгенівської сонячної радіаціїі космічного випромінювання відбувається іонізація повітря («полярні сяйва») – основні області іоносфери лежать усередині термосфери. На висотах понад 300 км. переважає атомарний кисень. Верхня межа термосфери значною мірою визначається поточною активністю Сонця. У періоди низької активності – наприклад, у 2008-2009 рр. – відбувається помітне зменшення розмірів цього шару.

Термопауза

Область атмосфери прилегла зверху до термосфери. У цій галузі поглинання сонячного випромінювання незначне, і температура фактично не змінюється з висотою.

Екзосфера (сфера розсіювання)

До висоти 100 км атмосфера є гомогенною добре перемішаною сумішшю газів. У більш високих шарах розподіл газів за висотою залежить від їх молекулярних мас, концентрація більш важких газів зменшується швидше при віддаленні поверхні Землі. Внаслідок зменшення щільності газів температура знижується від 0 °C у стратосфері до −110 °C у мезосфері. Однак кінетична енергія окремих частинок на висотах 200-250 км. відповідає температурі ~150 °C. Понад 200 км спостерігаються значні флуктуації температури та щільності газів у часі та просторі.

На висоті близько 2000-3500 км екзосфера поступово переходить у так званий ближньокосмічний вакуум, що заповнений сильно розрідженими частинками міжпланетного газу, головним чином атомами водню. Але цей газ є лише частиною міжпланетної речовини. Іншу частину складають пилоподібні частинки кометного та метеорного походження. Окрім надзвичайно розріджених пилоподібних частинок, у цей простір проникає електромагнітна та корпускулярна радіація сонячного та галактичного походження.

Перед тропосфери припадає близько 80 % маси атмосфери, частку стратосфери - близько 20 %; маса мезосфери - трохи більше 0,3 %, термосфери - менше 0,05 % від загальної маси атмосфери. На підставі електричних властивостейв атмосфері виділяють нейтросферу та іоносферу. В даний час вважають, що атмосфера тягнеться до висоти 2000-3000 км.

Залежно від складу газу в атмосфері виділяють гомосферуі гетеросферу. Гетеросфера- це область, де гравітація впливає поділ газів, оскільки їх перемішування такий висоті незначно. Звідси випливає змінний склад гетеросфери. Нижче лежить добре перемішана, однорідна за складом частина атмосфери, звана гомосфера . Кордон між цими шарами називається турбопаузою, вона лежить на висоті близько 120 км.

Фізіологічні та інші властивості атмосфери

Вже на висоті 5 км над рівнем моря у нетренованої людини з'являється кисневе голодування і без адаптації працездатність значно знижується. Тут кінчається фізіологічна зона атмосфери. Подих людини стає неможливим на висоті 9 км, хоча приблизно до 115 км атмосфера містить кисень.

Атмосфера забезпечує нас необхідним для дихання киснем. Однак унаслідок падіння загального тиску атмосфери у міру підйому на висоту відповідно знижується і парціальний тиск кисню.

У розріджених шарах повітря поширення звуку виявляється неможливим. До висот 60-90 км ще можливе використання опору та підйомної сили повітря для керованого аеродинамічного польоту. Але починаючи з висот 100-130 км знайомі кожному льотчику поняття числа М і звукового бар'єру втрачають свій сенс: там проходить умовна лінія Кармана, за якою починається область суто балістичного польоту, керувати яким можна лише використовуючи реактивні сили.

На висотах понад 100 км атмосфера позбавлена й іншої чудової властивості - здатності поглинати, проводити та передавати теплову енергіюшляхом конвекції (тобто за допомогою перемішування повітря). Це означає, що різні елементи обладнання, апаратури орбітальної космічної станціїне зможуть охолоджуватися зовні так, як це робиться зазвичай літаком, - за допомогою повітряних струменів і повітряних радіаторів. На такій висоті, як і загалом у космосі, єдиним способом передачі тепла є теплове випромінювання.

Історія освіти атмосфери

Згідно з найпоширенішою теорією, атмосфера Землі в часі перебувала в трьох різних складах. Спочатку вона складалася з легких газів (водню та гелію), захоплених із міжпланетного простору. Це так звана первинна атмосфера(близько чотирьох мільярдів років тому). На наступному етапі активна вулканічна діяльність призвела до насичення атмосфери та іншими газами, крім водню (вуглекислим газом, аміаком, водяною парою). Так утворилася вторинна атмосфера(близько трьох мільярдів років до наших днів). Ця атмосфера була відновною. Далі процес утворення атмосфери визначався такими факторами:

витік легких газів (водню та гелію) у міжпланетний простір;
хімічні реакції, що відбуваються в атмосфері під впливом ультрафіолетового випромінювання, грозових розрядів та деяких інших факторів.

Поступово ці фактори сприяли освіті третинної атмосфери, що характеризується набагато меншим вмістом водню і набагато більшим - азоту та вуглекислого газу (утворені в результаті хімічних реакційз аміаку та вуглеводнів).

Азот

Освіта великої кількостіазоту N 2 обумовлено окисленням аміачно-водневої атмосфери молекулярним киснем О 2 , який став надходити з поверхні планети в результаті фотосинтезу, починаючи з 3 млрд. років тому. Також азот N 2 виділяється в атмосферу в результаті денітрифікації нітратів та інших азотовмісних сполук. Азот окислюється озоном до NO в верхніх шарахатмосфери.

Азот N 2 вступає у реакції лише у специфічних умовах (наприклад, при розряді блискавки). Окислення молекулярного азоту озоном при електричних розрядах у малих кількостях використовується у промисловому виготовленні азотних добрив. Окислювати його з малими енерговитратами та переводити в біологічно активну форму можуть ціанобактерії (синьо-зелені водорості) та бульбочкові бактерії, що формують різобіальний симбіоз з бобовими рослинами, т.з. сидератами.

Кисень

Склад атмосфери почав радикально змінюватися з появою на Землі живих організмів, внаслідок фотосинтезу, що супроводжується виділенням кисню та поглинанням вуглекислого газу. Спочатку кисень витрачався на окислення відновлених сполук - аміаку, вуглеводнів, закисної форми заліза, що містилася в океанах та ін. Після закінчення даного етапу вміст кисню в атмосфері почав зростати. Поступово утворилася сучасна атмосфера, що має окислювальні властивості. Оскільки це викликало серйозні та різкі зміни багатьох процесів, що протікають в атмосфері, літосфері та біосфері, ця подія отримала назву Киснева катастрофа.

Шляхетні гази

Забруднення атмосфери

У останнім часомна еволюцію атмосфери стала впливати людина. Результатом його діяльності стало постійне значне зростання вмісту в атмосфері вуглекислого газу через спалювання вуглеводневого палива, накопиченого в попередніх геологічних епохах. Величезні кількості СО 2 споживаються при фотосинтезі та поглинаються світовим океаном. Цей газ надходить в атмосферу завдяки розкладанню карбонатних гірських порід та органічних речовин рослинного та тваринного походження, а також внаслідок вулканізму та виробничої діяльності людини. За останні 100 років вміст СО 2 в атмосфері зріс на 10%, причому основна частина (360 млрд тонн) надійшла від спалювання палива. Якщо темпи зростання спалювання палива збережуться, то протягом найближчих 200-300 років кількість СО 2 в атмосфері подвоїться і може призвести до глобальних змін клімату.

Спалювання палива - основне джерело та забруднюючих газів (СО , , SO 2). Діоксид сірки окислюється киснем повітря до SO 3 у верхніх шарах атмосфери, який у свою чергу взаємодіє з парами води і аміаку, а сірчана кислота (Н 2 SO 4) і сульфат амонію ((NH 4) 2 SO 4), що утворюються при цьому, повертаються на поверхню Землі у вигляді т.з. кислотних дощів. Використання двигунів внутрішнього згоряння призводить до значного забруднення атмосфери оксидами азоту, вуглеводнями та сполуками свинцю (тетраетилсвинець Pb(CH 3 CH 2) 4)).

Аерозольне забруднення атмосфери обумовлено як природними причинами (виверження вулканів, пилові бурі, винесення крапель. морської водиі пилку рослин та ін.), так і господарською діяльністюлюдини (видобуток руд і будівельних матеріалів, спалювання палива, виготовлення цементу тощо). Інтенсивний широкомасштабний винос твердих частинок в атмосферу – одна з можливих причинзмін клімату планети.

також

Jacchia (модель атмосфери)

Примітки

Посилання

Література

В. В. Парін, Ф. П. Космолінський, Б. А. Душков«Космічна біологія та медицина» (видання 2-ге, перероблене та доповнене), М.: «Освіта», 1975, 223 стор.
Н. В. Гусакова«Хімія навколишнього середовища», Ростов-на-Дону: Фенікс, 2004, 192 з ISBN 5-222-05386-5
Соколов В. А.Геохімія природних газів, М., 1971;
Маківен М., Філіпс Л.Хімія атмосфери, М., 1978;
Уорк К., Уорнер С.Забруднення повітря. Джерела та контроль, пров. з англ., М. 1980;
Моніторинг фонового забруднення природних середовищ. в. 1, Л., 1982.

Земля
Історія Землі	Вік Землі Геологічна історія Землі Геохронологічна шкала Історія життя на Землі Зледеніння Землі Парадокс слабкого молодого Сонця Теорія гігантського зіткнення Хронологія еволюції
Географія та геологія	Австралія Азія Антарктида Африка Європа Північна Америка Південна Америка Атлантичний океан Індійський океан Північний Льодовитий океан Тихий океан Південний океан Атмосфера

Газова оболонка, що оточує нашу планету, Земля, відома як атмосфера, складається з п'яти основних шарів. Ці шари беруть початок на поверхні планети, від рівня моря (іноді нижче) і піднімаються до космічного простору в наступній послідовності:

Тропосфера;
Стратосфера;
мезосфера;
Термосфера;
Екзосфера.

Схема основних верств атмосфери Землі

У проміжку між кожним з цих п'яти основних шарів знаходяться перехідні зони, звані «паузами», де відбуваються зміни температури, складу і щільності повітря. Разом з паузами, атмосфера Землі загалом включає 9 шарів.

Тропосфера: де відбувається погода

Зі всіх шарів атмосфери тропосфера є тим, з яким ми найбільше знайомі (усвідомлюєте ви це чи ні), тому що ми живемо на її дні – поверхні планети. Вона огортає поверхню Землі і простягається на кілька кілометрів. Слово тропосфера означає "зміна кулі". Дуже відповідна назва, тому що цей шар, де відбувається наша повсякденна погода.

Починаючи з поверхні планети тропосфера піднімається на висоту від 6 до 20 км. Нижня третина шару, що найближча до нас, містить 50% усіх атмосферних газів. Це єдина частинавсього складу атмосфери, що дихає. Завдяки тому, що повітря нагрівається знизу земною поверхнею, Що поглинає теплову енергію Сонця, зі збільшенням висоти температура та тиск тропосфери знижуються.

На вершині знаходиться тонкий шар, званий тропопаузою, який є лише буфером між тропосферою і стратосферою.

Стратосфера: будинок озону

Стратосфера – наступний шар атмосфери. Він тягнеться від 6-20 км до 50 км над земною поверхнею Землі. Це шар, у якому літають більшість комерційних авіалайнерів та подорожують повітряні кулі.

Тут повітря не тече вгору і вниз, а рухається паралельно до поверхні в дуже швидких повітряних потоках. У міру того, як ви піднімаєтеся, температура збільшується, завдяки великій кількості природного озону (O 3) - побічного продукту сонячної радіації та кисню, який має здатність поглинати шкідливі ультрафіолетові промені сонця (будь-яке підвищення температури з висотою в метеорології, відоме як "інверсія") .

Оскільки стратосфера має більше теплі температуривнизу та більш прохолодні нагорі, конвекція (вертикальні переміщення повітряних мас) зустрічається рідко у цій частині атмосфери. Фактично, ви можете розглядати зі стратосфери бурю, що бушує в тропосфері, оскільки шар діє як «ковпачок» для конвекції, через який не проникають штормові хмари.

Після стратосфери знову слідує буферний шар, цього разу званий стратопаузою.

Мезосфера: середня атмосфера

Мезосфера знаходиться приблизно на відстані 50-80 км від Землі. Верхня область мезосфери є найхолоднішим природним місцем Землі, де температура може опускатися нижче -143° C.

Термосфера: верхня атмосфера

Після мезосфери і мезопаузи слідує термосфера, розташована між 80 і 700 км над поверхнею планети, і містить менше 0,01% всього повітря в атмосферній оболонці. Температури тут досягають до +2000 ° C, але через сильну розрідженість повітря і нестачу молекул газу для перенесення тепла, ці високі температурисприймаються як дуже холодні.

Екзосфера: кордон атмосфери та космосу

На висоті близько 700-10 000 км над земною поверхнею знаходиться екзосфера - зовнішній край атмосфери, що межує з космосом. Тут метеорологічні супутники обертаються довкола Землі.

Як щодо іоносфери?

Іоносфера є окремим шаром, а насправді цей термін використовується для позначення атмосфери на висоті від 60 до 1000 км. Вона включає найвищі частини мезосфери, всю термосферу і частину екзосфери. Іоносфера дістала свою назву, тому що в цій частині атмосфери випромінювання Сонця іонізується, коли проходить магнітні поля Землі на і . Це явище спостерігається із землі як північне сяйво.

Кожна грамотна людина повинна знати не тільки те, що планету оточує атмосфера із суміші всіляких газів, а й те, що існують різні верстви атмосфери, які розташовуються на неоднаковому віддаленні поверхні Землі.

Спостерігаючи на небі, ми зовсім не бачимо його складного пристрою, ні неоднорідного складу, ні інших прихованих від очей речей. Але саме завдяки складному та багатокомпонентному складу повітряного шару, навколо планети на ній і існують такі умови, які дозволили виникнути тут життю, розцвісти рослинності, з'явитися всьому тому, що тут будь-коли.

Знання про предмет розмови дає людям вже 6 клас у школі, але дехто до нього ще не довчився, а дехто був там так давно, що вже все забув. Проте кожен освічена людинаповинен знати, з чого складається світ навколо нього, особливо та його частина, від якої безпосередньо залежить можливість його нормального життя.

Як називається кожен із шарів атмосфери, на якій висоті він знаходиться, яку роль відіграє? Всі ці питання будуть розглянуті нижче.

Будова атмосфери Землі

Дивлячись на небо, особливо коли воно абсолютно безхмарно, дуже складно навіть припустити, що воно має таку складну і багатошарову структуру, що температура там на різних висотах дуже відрізняється, і що саме там, у висоті, відбуваються найважливіші процеси для всієї флори та фауни Землі.

Якби не такий складний склад газового покриву планети, то тут просто не було б жодного життя і навіть можливості для її зародження.

Перші спроби вивчити цю частину навколишнього світу були зроблені ще древніми греками, але ті не могли зайти у своїх висновках занадто далеко, тому що не мали необхідної технічної бази. Вони не бачили кордону різних шарів, не могли виміряти їх температуру, вивчити компонентний склад і т.д.

В основному тільки погодні явищанаштовхували найпрогресивніші уми на роздуми про те, що видиме небо не таке просте, як здається.

Вважається, що структура сучасної газової оболонки навколо Землі утворилася три етапи.Спочатку була первинна атмосфера з водню та гелію, захоплених із космічного простору.

Потім виверження вулканів наповнило повітря безліччю інших частинок, і виникла вторинна атмосфера. Після проходження всіх основних хімічних реакцій та процесів релаксації частинок виникла нинішня ситуація.

Шари атмосфери по порядку від поверхні землі та їх характеристика

Структура газової оболонки планети досить складна та різноманітна. Розглянемо її докладніше, поступово дійшовши на верхніх рівнів.

Тропосфера

Якщо не рахувати прикордонний шартропосфера являє собою найнижчий шар атмосфери. Розширюється вона на висоту приблизно 8-10 км над поверхнею землі в полярних регіонах, на 10-12 км помірному кліматі, а тропічних частинах – на 16-18 кілометрів.

Цікавий факт:ця відстань може змінюватися залежно від пори року – взимку вона дещо менша, ніж улітку.

Повітря тропосфери містить у собі основну цілющу силу для всього живого землі.Тут міститься близько 80% від усього наявного атмосферного повітря, понад 90% водяної пари, саме тут утворюються хмари, циклони та інші атмосферні явища.

Цікаво відзначити поступове зниження температури під час підняття від поверхні планети. Вчені підрахували, що на кожні 100 м висоти температура зменшується приблизно на 0,6-0,7 градусів.

Стратосфера

Наступний найважливіший прошарок - стратосфера. Висота стратосфери становить приблизно 45-50 км.Починається вона з 11 км, і тут уже переважають негативні температури, досягаючи цілих -57°С.

Чим важливий цей шар для людини, всіх тварин та рослин? Саме тут, на висоті 20-25 кілометрів, знаходиться озоновий шар - він затримує ультрафіолетові промені, що походять від сонця, і зменшує їх руйнівний вплив на флору і фауну до прийнятного значення.

Дуже цікаво відзначити, що стратосфера поглинає багато типів випромінювання, які йдуть на землю від сонця, інших зірок та космічного простору. Отримана енергія від цих частинок йде на іонізацію молекул і атомів, що знаходяться тут, з'являються різні хімічні сполуки.

Все це призводить до такого відомого та яскравого явища, як північне сяйво.

Мезосфера

Мезосфера починається приблизно з 50 і тягнеться до 90 кілометрів.Градієнт, або перепад температури зі зміною висоти, тут не настільки великий, як у нижніх шарах. У верхніх межах цієї оболонки температура дорівнює близько -80°С. Склад цієї області включає приблизно 80% азоту, а також 20% кисню.

Мезосфера - свого роду мертва зона для будь-яких літальних пристроїв. Літаки не можуть тут літати, тому що повітря надмірно розріджене, супутники ж на такій низькій висоті не літають, так як для них щільність повітря дуже велика.

Ще одна цікава характеристикамезосфери – саме тут згоряють метеорити, що налітають на планету.Вивчення таких віддалених від землі шарів відбувається за допомогою спеціальних ракет, але ефективність процесу невелика, тому вивчення регіону залишає бажати кращого.

Термосфера

Відразу після розглянутого шару йде термосфера, висота в км якої простягається на цілих 800 км.До певної міри це вже майже відкритий космос. Тут спостерігається агресивна дія космічного випромінювання, радіації, сонячного випромінювання.

Все це породжує таке чудове явище, як полярне сяйво.

Найнижчий шар термосфери нагрівається до температури приблизно 200 К і більше. Відбувається це завдяки елементарним процесам між атомами та молекулами, їх рекомбінацією та випромінювання.

Верхні шари ж нагріваються завдяки магнітним бурям, що протікають тут, електричним струмам, які при цьому генеруються. Температура шару нерівномірна і може дуже значно коливатися.

У термосфері відбувається політ більшості штучних супутників, балістичних тіл, пілотованих станцій і т.д. Також тут проводяться випробування запусків різної зброї, ракет.

Екзосфера

Екзосфера, або як вона ще називається сфера розсіювання, — це найвищий рівень нашої атмосфери, її межа, за якою слідує міжпланетний космічний простір. Починається екзосфера з висоти приблизно 800-1000 кілометрів.

Щільні шари залишилися позаду і тут повітря гранично розріджене, будь-які частинки, що потрапили з боку, просто відносяться в космос в силу дуже слабкої дії сили гравітації.

Закінчується ця оболонка на висоті приблизно 3000-3500 км., і тут майже немає ніяких частинок. Ця зона називається близькокосмічним вакуумом. Тут переважають не окремі частинки у своєму звичайному стані, а плазма, найчастіше повністю іонізована.

Значення атмосфери у житті Землі

Ось так виглядають усі основні рівні устрою атмосфери нашої планети. Детальна її схема може включати й інші регіони, але вони мають другорядне значення.

Важливо, що атмосфера грає життя на Землі вирішальну роль.Багато озону в її стратосфері дозволяють флорі та фауні рятуватися від убивчої дії радіації та випромінювання з космосу.

Також саме тут формується погода, відбуваються всі атмосферні явища, зароджуються та вмирають циклони, вітри, встановлюється той чи інший тиск. Все це має прямий вплив на стан людини, всіх живих організмів та рослин.

Найближчий шар, тропосфера, дає можливість дихати, насичує киснем все живе і дозволяє йому жити. Навіть невеликі відхилення в структурі і компонентному складі атмосфери здатні згубно вплинути на все живе.

Саме тому зараз розгорнулася така кампанія проти шкідливих викидів від авто та виробництва, екологи б'ють на сполох з приводу товщини озонної кулі, партія Зелених і їй подібні борються за максимальне збереження природи. Тільки так можна продовжити нормальне життя на землі і не зробити його нестерпним у кліматичному плані.

Атмосфера (від. др.-грец. ἀτμός - пара і σφαῖρα - куля) - газова оболонка (геосфера), що оточує планету Земля. Внутрішня поверхня її покриває гідросферу і частково земну кору, зовнішня межує з навколоземною частиною космічного простору.

Сукупність розділів фізики та хімії, які вивчають атмосферу, прийнято називати фізикою атмосфери. Атмосфера визначає погоду на Землі, вивченням погоди займається метеорологія, а тривалими варіаціями клімату - кліматологія.

Фізичні властивості

Товщина атмосфери – приблизно 120 км від поверхні Землі. Сумарна маса повітря в атмосфері – (5,1-5,3) · 1018 кг. З них маса сухого повітря становить (5,1352 ±0,0003) 1018 кг, загальна маса водяної пари в середньому дорівнює 1,27 1016 кг.

Молярна маса чистого сухого повітря становить 28,966 г/моль, щільність повітря біля моря приблизно дорівнює 1,2 кг/м3. Тиск при 0 ° C на рівні моря становить 101325 кПа; критична температура - −140,7 °C (~132,4 К); критичний тиск – 3,7 МПа; Cp при 0 °C - 1,0048·103 Дж/(кг·К), Cv - 0,7159·103 Дж/(кг·К) (при 0 °C). Розчинність повітря у воді (за масою) при 0 °C – 0,0036 %, при 25 °C – 0,0023 %.

За «нормальні умови» біля Землі прийняті: щільність 1,2 кг/м3, барометричний тиск 101,35 кПа, температура плюс 20 °C і відносна вологість 50%. Ці умовні показники мають суто інженерне значення.

Хімічний склад

Атмосфера Землі виникла результаті виділення газів при вулканічних виверженнях. З появою океанів та біосфери вона формувалася і за рахунок газообміну з водою, рослинами, тваринами та продуктами їх розкладання у ґрунтах та болотах.

В даний час атмосфера Землі складається в основному з газів та різних домішок (пил, краплі води, кристали льоду, морські солі, продукти горіння).

Концентрація газів, що становлять атмосферу, практично постійна, за винятком води (H2O) та вуглекислого газу (CO2).

Склад сухого повітря


Азот
Кисень
Аргон
Вода
Вуглекислий газ
Неон
Гелій
Метан
Криптон
Водень
Ксенон
Закис азоту

Крім зазначених у таблиці газів, в атмосфері містяться SO2, NH3, СО, озон, вуглеводні, HCl, HF, пари Hg, I2, а також NO та багато інших газів у незначних кількостях. У тропосфері постійно знаходиться велика кількість завислих твердих і рідких частинок (аерозоль).

Будова атмосфери

Тропосфера

Її верхня межа знаходиться на висоті 8-10 км у полярних, 10-12 км у помірних та 16-18 км у тропічних широтах; взимку нижче, ніж улітку. Нижній, основний шар атмосфери містить понад 80% всієї маси атмосферного повітря і близько 90% всього водяної пари, що є в атмосфері. У тропосфері сильно розвинені турбулентність та конвекція, виникають хмари, розвиваються циклони та антициклони. Температура зменшується зі зростанням висоти із середнім вертикальним градієнтом 0,65°/100 м

Тропопауза

Стратосфера

Шар атмосфери, що знаходиться на висоті від 11 до 50 км. Характерно незначна зміна температури у шарі 11-25 км (нижній шар стратосфери) та підвищення її у шарі 25-40 км від -56,5 до 0,8 ° С (верхній шар стратосфери або область інверсії). Досягши на висоті близько 40 км. значення близько 273 К (майже 0 °C), температура залишається постійною до висоти близько 55 км. Ця область постійної температури називається стратопаузою і є межею між стратосферою та мезосферою.

Стратопауза

Мезосфера

Мезосфера починається на висоті 50 км і тягнеться до 80-90 км. Температура з висотою знижується із середнім вертикальним градієнтом (0,25-0,3)°/100 м. Основним енергетичним процесом є променистий теплообмін. Складні фотохімічні процеси з участю вільних радикалів, коливально збуджених молекул тощо. буд. обумовлюють світіння атмосфери.

Мезопауза

Перехідний шар між мезосферою та термосферою. У вертикальному розподілі температури має місце щонайменше (близько -90 °C).

Лінія Карману

Висота над рівнем моря, яка умовно приймається як межа між атмосферою Землі та космосом. Відповідно до визначення ФАІ лінія Кармана знаходиться на висоті 100 км над рівнем моря.

Кордон атмосфери Землі

Термосфера

Верхня межа – близько 800 км. Температура зростає до висот 200-300 км, де досягає значень близько 1500 К, після чого залишається майже постійною до висот. Під дією ультрафіолетової та рентгенівської сонячної радіації та космічного випромінювання відбувається іонізація повітря (« полярні сяйва») – основні області іоносфери лежать усередині термосфери. На висотах понад 300 км. переважає атомарний кисень. Верхня межа термосфери значною мірою визначається поточною активністю Сонця. У періоди низької активності – наприклад, у 2008-2009 рр. – відбувається помітне зменшення розмірів цього шару.

Термопауза

Екзосфера (сфера розсіювання)

Екзосфера - зона розсіювання, зовнішня частинатермосфера, розташована вище 700 км. Газ в екзосфері сильно розріджений, і звідси йде витік його частинок у міжпланетний простір (дисипація).

На висоті близько 2000-3500 км екзосфера поступово перетворюється на так званий близькокосмічний вакуум, який заповнений сильно розрідженими частинками міжпланетного газу, головним чином атомами водню. Але цей газ є лише частиною міжпланетної речовини. Іншу частину складають пилоподібні частинки кометного та метеорного походження. Окрім надзвичайно розріджених пилоподібних частинок, у цей простір проникає електромагнітна та корпускулярна радіація сонячного та галактичного походження.

Перед тропосфери припадає близько 80 % маси атмосфери, частку стратосфери - близько 20 %; маса мезосфери - трохи більше 0,3 %, термосфери - менше 0,05 % від загальної маси атмосфери. На підставі електричних властивостей в атмосфері виділяють нейтросферу та іоносферу. В даний час вважають, що атмосфера тягнеться до висоти 2000-3000 км.

Залежно від складу газу в атмосфері виділяють гомосферу та гетеросферу. Гетеросфера - це область, де гравітація впливає на поділ газів, оскільки їх перемішування такий висоті незначно. Звідси випливає змінний склад гетеросфери. Нижче лежить добре перемішана, однорідна за складом частина атмосфери, звана гомосфера. Кордон між цими шарами називається турбопаузою, він лежить на висоті близько 120 км.

Інші властивості атмосфери та вплив на людський організм

У легені людини постійно міститься близько 3 л альвеолярного повітря. Парціальний тиск кисню в альвеолярному повітрі за нормального атмосферного тиску становить 110 мм рт. ст., тиск вуглекислого газу – 40 мм рт. ст., а пара води - 47 мм рт. ст. Зі збільшенням висоти тиск кисню падає, а сумарний тиск парів води та вуглекислоти в легенях залишається майже постійним - близько 87 мм рт. ст. Надходження кисню в легені повністю припиниться, коли тиск навколишнього повітря дорівнюватиме цій величині.

На висоті близько 19-20 км. тиск атмосфери знижується до 47 мм рт. ст. Тому на цій висоті починається кипіння води та міжтканинної рідини в організмі людини. Поза герметичною кабіною цих висотах смерть настає майже миттєво. Таким чином, з погляду фізіології людини, "космос" починається вже на висоті 15-19 км.

Щільні шари повітря - тропосфера та стратосфера - захищають нас від вражаючої діїрадіації. При достатньому розрідженні повітря, на висотах понад 36 км, інтенсивну дію на організм має іонізуюча радіація - первинні космічні промені; на висотах понад 40 км. діє небезпечна для людини ультрафіолетова частина сонячного спектру.

У міру підйому на все більшу висоту над поверхнею Землі поступово послаблюються, а потім повністю зникають такі звичні для нас явища, що спостерігаються в нижніх шарах атмосфери, як поширення звуку, виникнення аеродинамічної підйомної сили і опору, передача тепла конвекцією та ін.

На висотах вище 100 км атмосфера позбавлена й іншої чудової властивості - здатності поглинати, проводити та передавати теплову енергію шляхом конвекції (тобто за допомогою перемішування повітря). Це означає, що різні елементи обладнання, апаратури орбітальної космічної станції не зможуть охолоджуватися зовні так, як це робиться зазвичай літаком, - за допомогою повітряних струменів і повітряних радіаторів. На такій висоті, як і загалом у космосі, єдиним способом передачі тепла є теплове випромінювання.

Історія освіти атмосфери

Згідно з найпоширенішою теорією, атмосфера Землі в часі перебувала в трьох різних складах. Спочатку вона складалася з легких газів (водню та гелію), захоплених із міжпланетного простору. Це так звана первинна атмосфера (близько чотирьох мільярдів років тому). На наступному етапі активна вулканічна діяльність призвела до насичення атмосфери та іншими газами, крім водню (вуглекислим газом, аміаком, водяною парою). Так утворилася вторинна атмосфера (близько трьох мільярдів років до наших днів). Ця атмосфера була відновною. Далі процес утворення атмосфери визначався такими факторами:

витік легких газів (водню та гелію) у міжпланетний простір;
хімічні реакції, що відбуваються в атмосфері під впливом ультрафіолетового випромінювання, грозових розрядів та деяких інших факторів.

Поступово ці фактори призвели до утворення третинної атмосфери, що характеризується набагато меншим вмістом водню і значно більшим - азоту та вуглекислого газу (утворені внаслідок хімічних реакцій з аміаку та вуглеводнів).

Азот

Утворення великої кількості азоту N2 обумовлено окисленням аміачно-водневої атмосфери молекулярним киснем О2, який став надходити з поверхні планети в результаті фотосинтезу, починаючи з 3 млрд. років тому. Також азот N2 виділяється в атмосферу в результаті денітрифікації нітратів та інших азотовмісних сполук. Азот окислюється озоном до NO у верхніх шарах атмосфери.

Азот N2 входить у реакції лише у специфічних умовах (наприклад, при розряді блискавки). Окислення молекулярного азоту озоном при електричних розрядах у малих кількостях використовується у промисловому виготовленні азотних добрив. Окислювати його з малими енерговитратами та переводити в біологічно активну форму можуть ціанобактерії (синьо-зелені водорості) та бульбочкові бактерії, що формують різобіальний симбіоз з бобовими рослинами, т.з. сидератами.

Кисень

Склад атмосфери почав радикально змінюватися з появою на Землі живих організмів, внаслідок фотосинтезу, що супроводжується виділенням кисню та поглинанням вуглекислого газу. Спочатку кисень витрачався на окислення відновлених сполук - аміаку, вуглеводнів, закисної форми заліза, що містилася в океанах та ін. Після закінчення цього етапу вміст кисню в атмосфері почало зростати. Поступово утворилася сучасна атмосфера, що має окислювальні властивості. Оскільки це викликало серйозні та різкі зміни багатьох процесів, що протікають в атмосфері, літосфері та біосфері, ця подія отримала назву Киснева катастрофа.

Протягом фанерозою склад атмосфери та вміст кисню зазнавали змін. Вони корелювали насамперед зі швидкістю відкладення органічних осадових порід. Так, у періоди вугленакопичення вміст кисню в атмосфері, мабуть, помітно перевищував сучасний рівень.

Вуглекислий газ

Зміст в атмосфері СО2 залежить від вулканічної діяльності та хімічних процесів у земних оболонках, але найбільше – від інтенсивності біосинтезу та розкладання органіки у біосфері Землі. Практично вся поточна біомаса планети (близько 2,4 1012 тонн) утворюється за рахунок вуглекислоти, азоту і водяної пари, що містяться в атмосферному повітрі. Похована в океані, болотах і лісах органіка перетворюється на вугілля, нафту і природний газ.

Шляхетні гази

Джерело інертних газів - аргону, гелію та криптону - вулканічні виверженнята розпад радіоактивних елементів. Земля загалом та атмосфера зокрема збіднені інертними газами порівняно з космосом. Вважається, що причина цього полягає у безперервному витоку газів у міжпланетний простір.

Забруднення атмосфери

Останнім часом на еволюцію атмосфери стала впливати людина. Результатом його діяльності став постійне зростаннявміст в атмосфері вуглекислого газу через спалювання вуглеводневого палива, накопиченого в попередні геологічні епохи. Величезні кількості СО2 споживаються при фотосинтезі та поглинаються світовим океаном. Цей газ надходить в атмосферу завдяки розкладанню карбонатних гірських порід та органічних речовин рослинного та тваринного походження, а також внаслідок вулканізму та виробничої діяльності людини. За останні 100 років вміст СО2 в атмосфері зріс на 10%, причому основна частина (360 млрд. тонн) надійшла в результаті спалювання палива. Якщо темпи зростання спалювання палива збережуться, то протягом найближчих 200-300 років кількість СО2 в атмосфері подвоїться і може призвести до глобальних змін клімату.

Спалювання палива - основне джерело та забруднюючих газів (СО, NO, SO2). Діоксид сірки окислюється киснем повітря до SO3, а оксид азоту до NO2 у верхніх шарах атмосфери, які у свою чергу взаємодіють з парами води, а сірчана кислота Н2SO4 і азотна кислота НNO3, що утворюються при цьому, випадають на поверхню Землі у вигляді т.з. кислотних дощів. Використання двигунів внутрішнього згоряння призводить до значного забруднення атмосфери оксидами азоту, вуглеводнями та сполуками свинцю (тетраетилсвинець) Pb(CH3CH2)4.

Аерозольне забруднення атмосфери зумовлене як природними причинами (виверження вулканів, курні бурі, винесення крапель морської води та пилку рослин та ін.), так і господарською діяльністю людини (видобуток руд та будівельних матеріалів, спалювання палива, виготовлення цементу тощо). Інтенсивне широкомасштабне винесення твердих частинок в атмосферу - одна з можливих причин змін клімату планети.

(Visited 719 times, 1 visits today)

Атмосфера - те, що забезпечує можливість життя Землі. Найперші відомості та факти про атмосферу ми отримуємо ще в початковій школі. У старших класах ми докладніше знайомимося з цим поняттям під час уроків географії.

Поняття земної атмосфери

Атмосфера є у Землі, а й у інших небесних тіл. Так називають газову оболонку, що оточує планети. Склад цього газового шару різних планетзначно відрізняється. Давайте розглянемо основні відомості та факти про так зване повітря.

Найважливішою її складовою є кисень. Деякі помилково думають, що земна атмосфера складається повністю з кисню, але насправді повітря – це суміш газів. У його складі 78% азоту та 21% кисню. Решта відсотка включає озон, аргон, вуглекислий газ, водяна пара. Нехай відсоткове співвідношення цих газів мало, але вони виконують важливу функцію - поглинають значну частину сонячної променистої енергії, тим самим не дають світилу перетворити все живе на нашій планеті на попіл. Властивості атмосфери змінюються залежно від висоти. Наприклад, на висоті 65 км азот становить 86%, а кисень – 19%.

Склад атмосфери Землі

Вуглекислий газнеобхідний харчування рослин. У атмосфері він у результаті процесу дихання живих організмів, гниття, горіння. Відсутність їх у складі атмосфери унеможливило б існування будь-яких рослин.
Кисень- Життєво важливий для людини компонент атмосфери. Його наявність є умовою існування всіх живих організмів. Він становить близько 20% загального обсягу атмосферних газів.
Озон– це природний поглинач сонячного ультрафіолетового випромінювання, яке згубно впливає на живі організми. Більшість його формує окремий шар атмосфери - озоновий екран. Останнім часом діяльність людини призводить до того, що починає поступово руйнуватися, але оскільки вона має велику важливість, то ведеться активна робота щодо її збереження та відновлення.
Водяна паравизначає вологість повітря. Його зміст може бути різним залежно від різних факторів: температури повітря, територіального розташування, сезону. При низькій температурі водяної пари в повітрі зовсім мало, може бути менше одного відсотка, а при високій його кількість досягає 4%.
Крім усього вищепереліченого, у складі земної атмосферизавжди є певний відсоток твердих та рідких домішок. Це сажа, попіл, морська сіль, пил, краплі води, мікроорганізми. Потрапляти у повітря можуть як природним, і антропогенним шляхом.

Шари атмосфери

І температура, і густина, і якісний склад повітря неоднаковий на різній висоті. Через це прийнято виділяти різні верстви атмосфери. Кожен має свою характеристику. Давайте дізнаємося, які шари атмосфери розрізняють:

Тропосфера - цей шар атмосфери знаходиться найближче до Землі. Висота його – 8-10 км над полюсами та 16-18 км – у тропіках. Тут знаходиться 90% всієї водяної пари, яка є в атмосфері, тому відбувається активне утворення хмар. Також у цьому прошарку спостерігаються такі процеси, як рух повітря (вітру), турбулентність, конвекція. Температура коливається від +45 градусів опівдні у теплу пору року в тропіках до -65 градусів на полюсах.
Стратосфера – другий за віддаленістю від шар атмосфери. Знаходиться на висоті від 11 до 50 км. У нижньому шаріСтратосфера температура приблизно -55, у бік віддалення від Землі вона підвищується до +1? Ця область називається інверсією і є межею стратосфери та мезосфери.
Мезосфера знаходиться на висоті від 50 до 90 км. Температура на її нижньому кордоні - близько 0, на верхній досягає -80...-90? Метеорити, що потрапляють в атмосферу Землі, повністю згоряють у мезосфері, тому тут відбуваються світіння повітря.
Термосфера має товщину приблизно 700 км. У цьому вся шарі атмосфери виникають північні сяйва. З'являються вони рахунок під впливом космічного випромінювання і радіації, що виходить від Сонця.
Екзосфера – це зона розсіювання повітря. Тут концентрація газів невелика і відбувається їх поступовий відхід у міжпланетний простір.

Кордоном між земною атмосферою та космічними просторами прийнято вважати кордон у 100 км. Цю межу називають лінією Кармана.

Тиск атмосфери

Слухаючи прогноз погоди, часто чуємо показники атмосферного тиску. Але що означає тиск атмосфери, і як це може вплинути на нас?

Ми розібралися, що повітря складається з газів та домішок. Кожна з цих складових має свою вагу, а отже, і атмосфера не є невагомою, як вважали до XVII століття. Атмосферний тиск – це сила, з якою всі шари атмосфери тиснуть на поверхню Землі та на всі предмети.

Вчені провели складні підрахунки та довели, що на один квадратний метр площі атмосфера тисне із силою 10 333 кг. Значить, людське тілосхильна до тиску повітря, вага якого дорівнює 12-15 тонн. Чому ж ми цього не відчуваємо? Рятує нас свій внутрішній тиск, який і врівноважує зовнішній. Можна відчути тиск атмосфери, перебуваючи у літаку чи високо у горах, оскільки атмосферний тискна висоті значно менше. При цьому можливий фізичний дискомфорт, закладання вух, запаморочення.

Про атмосферу, що оточує, можна сказати багато всього. Ми знаємо про неї безліч цікавих фактів, і деякі з них можуть здаватися дивовижними:

Вага земної атмосфери складає 5300000000000 000 тонн.
Вона сприяє передачі звуку. На висоті понад 100 км ця властивість зникає через зміну складу атмосфери.
Рух атмосфери спровокований нерівномірним нагріванням Землі.
Для визначення температури повітря використовують термометр, а для того, щоб дізнатися про силу тиску атмосфери, - барометр.
Наявність атмосфери рятує нашу планету від 100 тонн метеоритів щодня.
Склад повітря був фіксованим кілька сотень мільйонів років, але почав змінюватися з початком бурхливої виробничої діяльності.
Вважається, що атмосфера простягається нагору на висоту 3000 км.

Значення атмосфери для людини

Фізіологічна зона атмосфери становить 5 км. На висоті 5000 м над рівнем моря у людини починає проявлятися кисневе голодування, що виявляється у зниженні його працездатності та погіршенні самопочуття. Це показує те, що людина не зможе вижити у просторі, де немає цієї дивовижної суміші газів.

Усі відомості та факти про атмосферу лише підтверджують її важливість для людей. Завдяки її наявності і виникла можливість розвитку життя Землі. Вже сьогодні, оцінивши масштаби шкоди, яку людство здатне своїми діями завдавати повітря, що дає життя, нам слід задуматися про подальші заходи збереження та відновлення атмосфери.