Zemljina atmosfera: struktura i sastav. Gornja atmosfera Najviši sloj atmosfere

Atmosfera je mješavina raznih plinova. Proteže se od površine Zemlje do visine od 900 km, štiteći planet od štetnog spektra sunčevog zračenja, a sadrži plinove neophodne za sav život na planetu. Atmosfera zadržava toplinu od sunca, zagrijava zemljinu površinu i stvara povoljnu klimu.

Atmosferski sastav

Zemljina atmosfera sastoji se uglavnom od dva plina - dušika (78%) i kisika (21%). Osim toga, sadrži nečistoće ugljičnog dioksida i drugih plinova. u atmosferi postoji u obliku pare, kapljica vlage u oblacima i kristala leda.

Slojevi atmosfere

Atmosfera se sastoji od mnogo slojeva, između kojih nema jasnih granica. Temperature različitih slojeva značajno se razlikuju jedna od druge.

• Bezzračna magnetosfera. Ovo je mjesto gdje većina Zemljinih satelita leti izvan Zemljine atmosfere.
• Egzosfera (450-500 km od površine). Skoro da nema plinova. Neki vremenski sateliti lete u egzosferi. Termosferu (80-450 km) karakteriziraju visoke temperature koje u gornjem sloju dosežu 1700°C.
• Mezosfera (50-80 km). U ovom području temperatura pada kako se nadmorska visina povećava. Tu izgara većina meteorita (fragmenata svemirskog kamenja) koji uđu u atmosferu.
• Stratosfera (15-50 km). Sadrži ozonski omotač, tj. sloj ozona koji apsorbira ultraljubičasto zračenje Sunca. To uzrokuje porast temperatura u blizini površine Zemlje. Ovdje obično lete mlazni avioni jer Vidljivost u ovom sloju je vrlo dobra i gotovo da nema smetnji uzrokovanih vremenskim uvjetima.
• Troposfera. Visina varira od 8 do 15 km od površine zemlje. Ovdje se formira vrijeme na planeti, od godine Ovaj sloj sadrži najviše vodene pare, prašine i vjetrova. Temperatura opada s udaljavanjem od površine zemlje.

Atmosferski tlak

Iako to ne osjećamo, slojevi atmosfere vrše pritisak na Zemljinu površinu. Najviša je pri površini, a kako se udaljavate od nje postupno se smanjuje. Ovisi o temperaturnoj razlici između kopna i oceana, pa stoga u područjima koja se nalaze na istoj visini iznad razine mora često postoje različiti pritisci. Niski tlak donosi vlažno vrijeme, dok visoki tlak obično donosi vedro vrijeme.

Kretanje zračnih masa u atmosferi

A pritisci tjeraju niže slojeve atmosfere na miješanje. Tako nastaju vjetrovi koji pušu iz područja visokog tlaka u područja niskog tlaka. U mnogim regijama lokalni vjetrovi nastaju i zbog razlika u temperaturi između kopna i mora. Znatan utjecaj na smjer vjetrova imaju i planine.

Efekt staklenika

Ugljični dioksid i drugi plinovi koji čine zemljinu atmosferu zadržavaju sunčevu toplinu. Taj se proces obično naziva efekt staklenika, budući da umnogome podsjeća na kruženje topline u staklenicima. Efekt staklenika uzrokuje globalno zagrijavanje planeta. U područjima visokog tlaka – anticikloni – stiže vedro sunčano vrijeme. Područja niskog tlaka - ciklone - obično imaju nestabilno vrijeme. Toplina i svjetlost ulaze u atmosferu. Plinovi zadržavaju toplinu reflektiranu od Zemljine površine, uzrokujući tako povećanje temperature na Zemlji.

U stratosferi postoji poseban ozonski omotač. Ozon blokira većinu sunčevog ultraljubičastog zračenja, štiteći Zemlju i sav život na njoj od njega. Znanstvenici su otkrili da su uzrok uništavanja ozonskog omotača posebni plinovi klorofluorougljikov dioksid sadržani u nekim aerosolima i rashladnoj opremi. Iznad Arktika i Antarktika otkrivene su goleme rupe u ozonskom omotaču koje pridonose povećanju količine ultraljubičastog zračenja koje utječe na Zemljinu površinu.

Ozon nastaje u nižim slojevima atmosfere kao rezultat između sunčevog zračenja i raznih ispušnih plinova i plinova. Obično se rasprši po atmosferi, ali ako se ispod sloja toplog zraka formira zatvoreni sloj hladnog zraka, ozon se koncentrira i dolazi do smoga. Nažalost, to ne može nadomjestiti ozon izgubljen u ozonskim rupama.

Na ovoj satelitskoj fotografiji jasno se vidi rupa u ozonskom omotaču iznad Antarktika. Veličina rupe varira, ali znanstvenici vjeruju da stalno raste. Nastoji se smanjiti razina ispušnih plinova u atmosferi. Trebalo bi smanjiti onečišćenje zraka i koristiti bezdimna goriva u gradovima. Smog uzrokuje iritaciju očiju i gušenje kod mnogih ljudi.

Nastanak i razvoj Zemljine atmosfere

Moderna atmosfera Zemlje rezultat je dugog evolucijskog razvoja. Nastao je kao rezultat kombiniranog djelovanja geoloških čimbenika i vitalne aktivnosti organizama. Kroz geološku povijest, Zemljina je atmosfera prošla kroz nekoliko dubokih promjena. Na temelju geoloških podataka i teoretskih premisa, primordijalna atmosfera mlade Zemlje, koja je postojala prije oko 4 milijarde godina, mogla bi se sastojati od mješavine inertnih i plemenitih plinova s ​​malim dodatkom pasivnog dušika (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993). Trenutno se pogled na sastav i strukturu rane atmosfere donekle promijenio. Primarna atmosfera (proto-atmosfera) u najranijoj protoplanetarnoj fazi., tj. starijoj od 4,2 mlrd. godina, mogao se sastojati od mješavine metana, amonijaka i ugljičnog dioksida. Kao rezultat otplinjavanja plašta i aktivnih procesa trošenja koji se odvijaju na zemljinoj površini, vodena para, ugljikovi spojevi u obliku CO 2 i CO, sumpor i njegov spojevi su počeli ulaziti u atmosferu, kao i jake halogene kiseline - HCI, HF, HI i borna kiselina, koje su dopunjene metanom, amonijakom, vodikom, argonom i nekim drugim plemenitim plinovima u atmosferi.Ta primarna atmosfera bila je izuzetno tanka. Stoga je temperatura na zemljinoj površini bila blizu temperature radijacijske ravnoteže (A. S. Monin, 1977).

S vremenom se plinski sastav primarne atmosfere počeo transformirati pod utjecajem procesa trošenja stijena koje strše na zemljinoj površini, aktivnosti cijanobakterija i modrozelenih algi, vulkanskih procesa i djelovanja sunčeve svjetlosti. To je dovelo do razgradnje metana u ugljikov dioksid, amonijaka u dušik i vodik; Ugljični dioksid, koji je polako tonuo na površinu zemlje, i dušik počeli su se nakupljati u sekundarnoj atmosferi. Zahvaljujući vitalnoj aktivnosti modrozelenih algi, u procesu fotosinteze počeo se proizvoditi kisik, koji se, međutim, u početku uglavnom trošio na “oksidaciju atmosferskih plinova, a potom i stijena. Istodobno, amonijak, oksidiran u molekularni dušik, počeo se intenzivno nakupljati u atmosferi. Pretpostavlja se da je značajna količina dušika u modernoj atmosferi reliktna. Metan i ugljikov monoksid oksidirali su u ugljikov dioksid. Sumpor i sumporovodik su oksidirani u SO 2 i SO 3, koji su zbog velike pokretljivosti i lakoće brzo uklonjeni iz atmosfere. Tako je atmosfera iz redukcijske, kakva je bila u arheju i ranom proterozoiku, postupno prešla u oksidacijsku.

Ugljični dioksid je ušao u atmosferu i kao rezultat oksidacije metana i kao rezultat otplinjavanja plašta i trošenja stijena. U slučaju da se sav ugljični dioksid ispušten tijekom cijele povijesti Zemlje sačuvao u atmosferi, njezin parcijalni tlak sada bi mogao postati isti kao na Veneri (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991.). Ali na Zemlji je na djelu bio obrnuti proces. Značajan dio ugljičnog dioksida iz atmosfere otopljen je u hidrosferi, u kojoj su ga hidrobionti iskoristili za izgradnju svojih ljuštura i biogenički pretvoreni u karbonate. Naknadno su iz njih nastali debeli slojevi kemogenih i organogenih karbonata.

Kisik je u atmosferu ušao iz tri izvora. Dugo vremena, počevši od trenutka kada se Zemlja pojavila, oslobađao se tijekom otplinjavanja plašta i uglavnom se trošio na oksidativne procese.Drugi izvor kisika bila je fotodisocijacija vodene pare jakim ultraljubičastim sunčevim zračenjem. Izgledi; slobodni kisik u atmosferi doveo je do smrti većine prokariota koji su živjeli u redukcijskim uvjetima. Prokariotski organizmi promijenili su svoja staništa. Napustili su površinu Zemlje u njezine dubine i područja gdje su još uvijek postojali uvjeti za oporavak. Zamijenili su ih eukarioti koji su počeli energično pretvarati ugljikov dioksid u kisik.

Tijekom arheja i značajnog dijela proterozoika, gotovo sav kisik nastao i abiogenim i biogenim putem uglavnom je potrošen na oksidaciju željeza i sumpora. Do kraja proterozoika svo metalno dvovalentno željezo koje se nalazilo na zemljinoj površini ili je oksidiralo ili se preselilo u zemljinu jezgru. To je uzrokovalo promjenu parcijalnog tlaka kisika u atmosferi ranog proterozoika.

Sredinom proterozoika koncentracija kisika u atmosferi dosegla je točku Jury i iznosila je 0,01% moderne razine. Počevši od tog vremena, kisik se počeo nakupljati u atmosferi i, vjerojatno, već na kraju Rifeja njegov je sadržaj dosegao Pasteurovu točku (0,1% moderne razine). Moguće je da se ozonski omotač pojavio u vendskom razdoblju i da nikada nije nestao.

Pojava slobodnog kisika u zemljinoj atmosferi potaknula je evoluciju života i dovela do pojave novih oblika s naprednijim metabolizmom. Ako su ranije eukariotske jednostanične alge i cijaneje, koje su se pojavile početkom proterozoika, zahtijevale sadržaj kisika u vodi od samo 10 -3 njegove današnje koncentracije, onda je s pojavom neskeletnih Metazoa na kraju ranog venda, tj. prije oko 650 milijuna godina, koncentracija kisika u atmosferi trebala bi biti znatno viša. Uostalom, Metazoa je koristio disanje kisikom i to je zahtijevalo da parcijalni tlak kisika dosegne kritičnu razinu - Pasteurovu točku. U ovom slučaju, proces anaerobne fermentacije zamijenjen je energetski perspektivnijim i progresivnijim metabolizmom kisika.

Nakon toga je dosta brzo došlo do daljnjeg nakupljanja kisika u zemljinoj atmosferi. Progresivno povećanje volumena modrozelenih algi pridonijelo je postizanju razine kisika u atmosferi potrebnoj za održavanje života životinjskog svijeta. Određena stabilizacija sadržaja kisika u atmosferi dogodila se od trenutka kada su biljke stigle na kopno - prije otprilike 450 milijuna godina. Izlazak biljaka na kopno, koji se dogodio u silurskom razdoblju, doveo je do konačne stabilizacije razine kisika u atmosferi. Od tog vremena njegova je koncentracija počela fluktuirati u prilično uskim granicama, nikad ne prelazeći granice postojanja života. Koncentracija kisika u atmosferi potpuno se stabilizirala od pojave cvjetnica. Ovaj događaj dogodio se sredinom razdoblja krede, tj. prije otprilike 100 milijuna godina.

Glavnina dušika nastala je u ranim fazama razvoja Zemlje, uglavnom zbog razgradnje amonijaka. Pojavom organizama započeo je proces vezivanja atmosferskog dušika u organsku tvar i zatrpavanja u morske sedimente. Nakon što su organizmi stigli na kopno, dušik se počeo zakopavati u kontinentalnim sedimentima. Procesi prerade slobodnog dušika posebno su se intenzivirali pojavom kopnenih biljaka.

Na prijelazu iz kriptozoika u fanerozoik, dakle prije oko 650 milijuna godina, sadržaj ugljičnog dioksida u atmosferi smanjio se na desetinke postotka, a sadržaj blizak suvremenoj razini dosegao je tek nedavno, otprilike 10-20 milijuna godina. prije.

Dakle, plinski sastav atmosfere nije samo osiguravao životni prostor organizmima, nego je određivao i karakteristike njihove životne aktivnosti te pridonio naseljavanju i evoluciji. Nastali poremećaji u raspodjeli plinskog sastava atmosfere povoljne za organizme, kako zbog kozmičkih tako i zbog planetarnih razloga, doveli su do masovnih izumiranja organskog svijeta, koja su se ponavljala tijekom kriptozoika i na određenim granicama povijesti fanerozoika.

Etnosferne funkcije atmosfere

Zemljina atmosfera osigurava potrebne tvari, energiju i određuje smjer i brzinu metaboličkih procesa. Plinski sastav suvremene atmosfere optimalan je za postojanje i razvoj života. Kao područje u kojem se formiraju vrijeme i klima, atmosfera mora stvoriti ugodne uvjete za život ljudi, životinja i vegetacije. Odstupanja u jednom ili drugom smjeru u kvaliteti atmosferskog zraka i vremenskim uvjetima stvaraju ekstremne uvjete za život flore i faune, uključujući i ljude.

Zemljina atmosfera ne samo da pruža uvjete za postojanje čovječanstva, već je i glavni čimbenik u evoluciji etnosfere. Istodobno se ispostavlja da je energetski i sirovinski resurs za proizvodnju. Općenito, atmosfera je čimbenik očuvanja zdravlja ljudi, a neka područja, zbog fizičko-geografskih uvjeta i kakvoće atmosferskog zraka, služe kao rekreacijska područja i područja su namijenjena lječilišnom liječenju i rekreaciji ljudi. Dakle, atmosfera je čimbenik estetskog i emocionalnog utjecaja.

Etnosferske i tehnosferske funkcije atmosfere, definirane relativno nedavno (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), zahtijevaju neovisno i dubinsko proučavanje. Stoga je proučavanje energetskih funkcija atmosfere vrlo relevantno, kako sa stajališta nastanka i odvijanja procesa koji oštećuju okoliš, tako i sa stajališta utjecaja na zdravlje i dobrobit ljudi. U ovom slučaju, riječ je o energiji ciklona i anticiklona, ​​atmosferskih vrtloga, atmosferskog tlaka i drugih ekstremnih atmosferskih pojava čije će učinkovito korištenje pridonijeti uspješnom rješavanju problema dobivanja alternativnih izvora energije koji ne zagađuju okoliš. okoliš. Uostalom, zračni okoliš, posebno onaj njegov dio koji se nalazi iznad Svjetskog oceana, područje je u kojem se oslobađa ogromna količina slobodne energije.

Primjerice, utvrđeno je da tropski cikloni prosječne jačine u samo jednom danu oslobađaju energiju ekvivalentnu energiji 500 tisuća atomskih bombi bačenih na Hirošimu i Nagasaki. U 10 dana postojanja takvog ciklona oslobodi se dovoljno energije da zadovolji sve energetske potrebe zemlje poput SAD-a za 600 godina.

Posljednjih godina objavljen je velik broj radova prirodoslovaca koji se na ovaj ili onaj način bave različitim aspektima djelovanja i utjecaja atmosfere na ovozemaljske procese, što ukazuje na intenziviranje interdisciplinarnih interakcija u suvremenoj prirodnoj znanosti. Pritom se očituje integrirajuća uloga pojedinih njezinih pravaca, među kojima valja istaknuti funkcionalno-ekološki smjer u geoekologiji.

Ovaj smjer potiče analizu i teorijsku generalizaciju ekoloških funkcija i planetarne uloge različitih geosfera, a to je pak važan preduvjet za razvoj metodologije i znanstvenih osnova za cjelovito proučavanje našeg planeta, racionalno korištenje i zaštitu svojih prirodnih resursa.

Zemljina atmosfera se sastoji od nekoliko slojeva: troposfere, stratosfere, mezosfere, termosfere, ionosfere i egzosfere. Na vrhu troposfere i dnu stratosfere nalazi se sloj obogaćen ozonom koji se naziva ozonski štit. Utvrđeni su određeni (dnevni, sezonski, godišnji itd.) obrasci u raspodjeli ozona. Atmosfera je od svog nastanka utjecala na tijek planetarnih procesa. Primarni sastav atmosfere bio je potpuno drugačiji od današnjeg, no s vremenom je udio i uloga molekularnog dušika stalno rasla, prije oko 650 milijuna godina pojavio se slobodni kisik čija je količina stalno rasla, ali koncentracija ugljičnog dioksida smanjio u skladu s tim. Visoka pokretljivost atmosfere, njezin plinski sastav i prisutnost aerosola određuju njezinu izuzetnu ulogu i aktivno sudjelovanje u nizu geoloških i biosfernih procesa. Atmosfera igra veliku ulogu u preraspodjeli sunčeve energije i razvoju katastrofalnih prirodnih pojava i katastrofa. Atmosferski vrtlozi – tornada (tornada), uragani, tajfuni, cikloni i druge pojave imaju negativan utjecaj na organski svijet i prirodne sustave. Glavni izvori onečišćenja, uz prirodne čimbenike, jesu različiti oblici ljudske gospodarske djelatnosti. Antropogeni utjecaji na atmosferu izraženi su ne samo pojavom različitih aerosola i stakleničkih plinova, već i povećanjem količine vodene pare, a manifestiraju se u obliku smoga i kiselih kiša. Staklenički plinovi mijenjaju temperaturni režim zemljine površine, emisije nekih plinova smanjuju volumen ozonskog omotača i pridonose stvaranju ozonskih rupa. Etnosferska uloga Zemljine atmosfere je velika.

Uloga atmosfere u prirodnim procesima

Površinska atmosfera u svom srednjem stanju između litosfere i svemira i svojim plinskim sastavom stvara uvjete za život organizama. Istodobno, trošenje i intenzitet razaranja stijena, prijenos i akumulacija klastičnog materijala ovise o količini, prirodi i učestalosti oborina, o učestalosti i jačini vjetrova, a posebno o temperaturi zraka. Atmosfera je središnja komponenta klimatskog sustava. Temperatura i vlažnost zraka, naoblaka i padaline, vjetar - sve to karakterizira vrijeme, odnosno stanje atmosfere koja se neprestano mijenja. Istovremeno, te iste komponente karakteriziraju klimu, odnosno prosječni višegodišnji vremenski režim.

Sastav plinova, prisutnost oblaka i raznih nečistoća, koje se nazivaju aerosolne čestice (pepeo, prašina, čestice vodene pare), određuju karakteristike prolaska sunčevog zračenja kroz atmosferu i sprječavaju izlazak Zemljinog toplinskog zračenja. u svemir.

Zemljina je atmosfera vrlo pokretljiva. Procesi koji u njemu nastaju i promjene njegovog sastava plina, debljine, zamućenosti, prozirnosti i prisutnosti određenih aerosolnih čestica utječu i na vrijeme i na klimu.

Djelovanje i smjer prirodnih procesa, kao i život i djelovanje na Zemlji, određeni su sunčevim zračenjem. Osigurava 99,98% topline dovedene na površinu zemlje. Svake godine to iznosi 134 * 10 19 kcal. Ova količina topline može se dobiti spaljivanjem 200 milijardi tona ugljena. Zalihe vodika koje stvaraju ovaj tok termonuklearne energije u masi Sunca trajat će još najmanje 10 milijardi godina, odnosno dvostruko duže od postojanja našeg planeta i njega samog.

Otprilike 1/3 ukupne količine sunčeve energije koja stiže na gornju granicu atmosfere reflektira se natrag u svemir, 13% apsorbira ozonski omotač (uključujući gotovo svo ultraljubičasto zračenje). 7% - ostatak atmosfere i samo 44% dopire do površine zemlje. Ukupna sunčeva radijacija koja dnevno dopire do Zemlje jednaka je energiji koju je čovječanstvo primilo kao rezultat izgaranja svih vrsta goriva u posljednjem tisućljeću.

Količina i priroda raspodjele sunčevog zračenja na zemljinoj površini usko su ovisni o naoblaci i prozirnosti atmosfere. Na količinu raspršenog zračenja utječu visina Sunca iznad horizonta, prozirnost atmosfere, sadržaj vodene pare, prašine, ukupna količina ugljičnog dioksida itd.

Najveća količina raspršenog zračenja dopire do polarnih područja. Što je sunce niže iznad horizonta, to manje topline ulazi u određeno područje terena.

Prozirnost atmosfere i naoblaka su od velike važnosti. Oblačnog ljetnog dana obično je hladnije nego vedrog, jer dnevna naoblaka sprječava zagrijavanje zemljine površine.

Prašnjavost atmosfere igra veliku ulogu u raspodjeli topline. Fino raspršene krute čestice prašine i pepela koje se nalaze u njemu, a koje utječu na njegovu prozirnost, negativno utječu na raspodjelu sunčevog zračenja od kojeg se većina reflektira. Fine čestice ulaze u atmosferu na dva načina: ili pepelom izbačenim tijekom vulkanskih erupcija, ili pustinjskom prašinom nošenom vjetrovima iz sušnih tropskih i suptropskih područja. Posebno puno takve prašine nastaje za vrijeme suše, kada je struje toplog zraka odnose u gornje slojeve atmosfere i tamo se mogu zadržati dugo vremena. Nakon erupcije vulkana Krakatoa 1883. prašina bačena desecima kilometara u atmosferu ostala je u stratosferi oko 3 godine. Kao rezultat erupcije vulkana El Chichon (Meksiko) 1985. prašina je stigla u Europu, pa je došlo do blagog pada površinskih temperatura.

Zemljina atmosfera sadrži različite količine vodene pare. U apsolutnom smislu mase ili volumena, njegova količina se kreće od 2 do 5%.

Vodena para, kao i ugljikov dioksid, pojačava efekt staklenika. U oblacima i maglama koje nastaju u atmosferi događaju se osebujni fizikalni i kemijski procesi.

Primarni izvor vodene pare u atmosferu je površina Svjetskog oceana. Iz njega godišnje ispari sloj vode debljine od 95 do 110 cm, dio vlage se nakon kondenzacije vraća u ocean, a drugi se zračnim strujama usmjerava prema kontinentima. U područjima promjenjive vlažne klime oborine vlaže tlo, au vlažnim klimama stvaraju rezerve podzemne vode. Dakle, atmosfera je akumulator vlage i rezervoar oborina. a magle koje nastaju u atmosferi osiguravaju vlagu pokrovu tla i time imaju odlučujuću ulogu u razvoju flore i faune.

Atmosferska vlaga raspoređena je po zemljinoj površini zahvaljujući pokretljivosti atmosfere. Karakterizira ga vrlo složen sustav raspodjele vjetrova i tlaka. Zbog činjenice da je atmosfera u stalnom kretanju, priroda i razmjer distribucije tokova vjetra i tlaka stalno se mijenjaju. Razmjeri cirkulacije variraju od mikrometeoroloških, veličine svega nekoliko stotina metara, do globalnih razmjera od nekoliko desetaka tisuća kilometara. Ogromni atmosferski vrtlozi sudjeluju u stvaranju sustava velikih zračnih strujanja i određuju opću cirkulaciju atmosfere. Osim toga, oni su izvori katastrofalnih atmosferskih pojava.

O atmosferskom tlaku ovisi raspored vremenskih i klimatskih prilika te funkcioniranje žive tvari. Ako atmosferski tlak varira u malim granicama, on nema presudnu ulogu u dobrobiti ljudi i ponašanju životinja i ne utječe na fiziološke funkcije biljaka. Promjene tlaka obično su povezane s frontalnim pojavama i vremenskim promjenama.

Atmosferski tlak je od temeljne važnosti za nastanak vjetra, koji kao reljefotvorni faktor ima snažan utjecaj na životinjski i biljni svijet.

Vjetar može potisnuti rast biljaka i istovremeno pospješiti prijenos sjemena. Uloga vjetra u oblikovanju vremenskih i klimatskih prilika je velika. Djeluje i kao regulator morskih struja. Vjetar, kao jedan od egzogenih čimbenika, pridonosi eroziji i deflaciji istrošenog materijala na velike udaljenosti.

Ekološka i geološka uloga atmosferskih procesa

Smanjenje prozirnosti atmosfere zbog pojave aerosolnih čestica i krute prašine u njoj utječe na raspodjelu sunčevog zračenja, povećavajući albedo ili reflektivnost. Različite kemijske reakcije koje uzrokuju razgradnju ozona i stvaranje "bisernih" oblaka koji se sastoje od vodene pare dovode do istog rezultata. Globalne promjene refleksije, kao i promjene atmosferskih plinova, uglavnom stakleničkih plinova, odgovorne su za klimatske promjene.

Neravnomjerno zagrijavanje, koje uzrokuje razlike u atmosferskom tlaku na različitim dijelovima zemljine površine, dovodi do atmosferskog kruženja, što je obilježje troposfere. Kada se pojavi razlika u tlaku, zrak juri iz područja visokog tlaka u područja niskog tlaka. Ova kretanja zračnih masa, zajedno s vlagom i temperaturom, određuju glavne ekološke i geološke značajke atmosferskih procesa.

Ovisno o brzini, vjetar obavlja različite geološke radove na zemljinoj površini. Brzinom od 10 m/s trese debele grane, podiže i prenosi prašinu i sitni pijesak; lomi grane drveća brzinom od 20 m/s, nosi pijesak i šljunak; brzinom od 30 m/s (oluja) otkida krovove s kuća, čupa drveće, lomi stupove, pomiče kamenčiće i nosi sitni šut, a orkanski vjetar brzinom od 40 m/s ruši kuće, lomi i ruši struju. postavlja stupove, čupa velika stabla.

Oluja i tornada (tornada) - atmosferski vrtlozi koji nastaju u toploj sezoni na snažnim atmosferskim frontama, brzinama do 100 m/s, imaju veliki negativan utjecaj na okoliš s katastrofalnim posljedicama. Nevrijeme su horizontalni vrtlozi s orkanskim brzinama vjetra (do 60-80 m/s). Često ih prate jaki pljuskovi i grmljavinska nevremena u trajanju od nekoliko minuta do pola sata. Olujne oluje pokrivaju područja širine do 50 km i putuju na udaljenosti od 200-250 km. Olujno nevrijeme u Moskvi i Moskovskoj regiji 1998. oštetilo je krovove mnogih kuća i srušilo drveće.

Tornada, koja se u Sjevernoj Americi nazivaju tornada, snažni su atmosferski vrtlozi u obliku lijevka, često povezani s grmljavinskim oblacima. To su stupovi zraka koji se sužavaju u sredini promjera od nekoliko desetaka do stotina metara. Tornado ima izgled lijevka, vrlo sličnog surli slona, ​​koji se spušta iz oblaka ili se diže s površine zemlje. Posjedujući jaku razrijeđenost i veliku brzinu rotacije, tornado putuje do nekoliko stotina kilometara, uvlačeći prašinu, vodu iz rezervoara i razne predmete. Snažna tornada praćena su grmljavinom, kišom i imaju veliku razornu moć.

Tornada se rijetko pojavljuju u subpolarnim ili ekvatorijalnim područjima, gdje je stalno hladno ili vruće. Malo je tornada na otvorenom oceanu. Tornada se javljaju u Europi, Japanu, Australiji, SAD-u, au Rusiji su posebno česta u Središnjoj Crnoj zemlji, u Moskovskoj, Jaroslavskoj, Nižnjenovgorodskoj i Ivanovskoj oblasti.

Tornada podižu i pomiču automobile, kuće, kočije i mostove. Osobito razorna tornada uočena su u Sjedinjenim Državama. Svake godine ima od 450 do 1500 tornada s prosječnim brojem smrtnih slučajeva od oko 100 ljudi. Tornada su brzodjelujući katastrofalni atmosferski procesi. Nastaju za samo 20-30 minuta, a životni vijek im je 30 minuta. Stoga je gotovo nemoguće predvidjeti vrijeme i mjesto pojave tornada.

Ostali razorni, ali dugotrajni atmosferski vrtlozi su cikloni. Nastaju zbog razlike u tlaku, koja pod određenim uvjetima doprinosi nastanku kružnog kretanja strujanja zraka. Atmosferski vrtlozi nastaju oko moćnih uzlaznih tokova vlažnog toplog zraka i rotiraju velikom brzinom u smjeru kazaljke na satu na južnoj hemisferi i suprotno od kazaljke na satu na sjevernoj. Cikloni, za razliku od tornada, nastaju iznad oceana i proizvode svoje razorne učinke nad kontinentima. Glavni razorni čimbenici su jaki vjetrovi, intenzivne oborine u obliku snježnih oborina, pljuskova, tuče i naletnih poplava. Vjetrovi brzine 19 - 30 m/s formiraju oluju, 30 - 35 m/s - oluju, a više od 35 m/s - orkan.

Tropski cikloni - uragani i tajfuni - imaju prosječnu širinu od nekoliko stotina kilometara. Brzina vjetra unutar ciklona doseže snagu uragana. Tropski cikloni traju od nekoliko dana do nekoliko tjedana, krećući se brzinama od 50 do 200 km/h. Cikloni srednje geografske širine imaju veći promjer. Njihove poprečne dimenzije kreću se od tisuću do nekoliko tisuća kilometara, a brzina vjetra je olujna. Kreću se na sjevernoj hemisferi sa zapada i praćeni su tučom i snježnim padalinama koje su katastrofalne naravi. Po broju žrtava i prouzročenoj šteti ciklone i pridruženi uragani i tajfuni najveće su prirodne atmosferske pojave nakon poplava. U gusto naseljenim područjima Azije broj žrtava uragana broji se u tisućama. Godine 1991. tijekom uragana u Bangladešu, koji je izazvao stvaranje morskih valova visokih 6 m, umrlo je 125 tisuća ljudi. Tajfuni uzrokuju veliku štetu Sjedinjenim Državama. Istovremeno umiru deseci i stotine ljudi. U zapadnoj Europi uragani uzrokuju manje štete.

Grmljavinska nevremena smatraju se katastrofalnim atmosferskim fenomenom. Nastaju kada se topao, vlažan zrak vrlo brzo diže. Na granici tropskog i suptropskog pojasa grmljavinske oluje se javljaju 90-100 dana godišnje, u umjerenom pojasu 10-30 dana. Kod nas se najveći broj grmljavinskih nevremena događa na sjevernom Kavkazu.

Grmljavinska nevremena obično traju manje od sat vremena. Osobito su opasni intenzivni pljuskovi, tuča, udari groma, udari vjetra i vertikalna strujanja zraka. Opasnost od tuče određena je veličinom zrna tuče. Na Sjevernom Kavkazu je masa zrna tuče jednom dosegla 0,5 kg, au Indiji su zabilježena zrna tuče teška 7 kg. Urbano najopasnija područja u našoj zemlji nalaze se na sjevernom Kavkazu. U srpnju 1992. tuča je oštetila 18 zrakoplova u zračnoj luci Mineralnye Vody.

U opasne atmosferske pojave spadaju munje. Ubijaju ljude, stoku, izazivaju požare i oštećuju električnu mrežu. Od grmljavinskih oluja i njihovih posljedica godišnje u svijetu umre oko 10.000 ljudi. Štoviše, u nekim područjima Afrike, Francuske i SAD-a broj žrtava od udara groma je veći nego od drugih prirodnih fenomena. Godišnja ekonomska šteta od grmljavinskih oluja u Sjedinjenim Državama iznosi najmanje 700 milijuna dolara.

Suše su tipične za pustinjska, stepska i šumsko-stepska područja. Nedostatak oborina uzrokuje isušivanje tla, smanjenje razine podzemnih voda i akumulacija do potpunog isušivanja. Nedostatak vlage dovodi do smrti vegetacije i usjeva. Suše su posebno jake u Africi, Bliskom i Srednjem istoku, središnjoj Aziji i južnoj Sjevernoj Americi.

Suše mijenjaju uvjete života ljudi i negativno utječu na prirodni okoliš kroz procese kao što su salinizacija tla, suhi vjetrovi, oluje s prašinom, erozija tla i šumski požari. Požari su posebno jaki tijekom suše u regijama tajge, tropskim i suptropskim šumama i savanama.

Suše su kratkotrajni procesi koji traju jednu sezonu. Kada suše traju više od dvije sezone, prijeti glad i masovna smrtnost. Obično suša pogađa područje jedne ili više zemalja. Dugotrajne suše s tragičnim posljedicama osobito se često događaju u području Sahela u Africi.

Velike štete uzrokuju atmosferske pojave kao što su snježne padaline, kratkotrajne obilne kiše i dugotrajne kiše. Snježne padaline uzrokuju masivne lavine u planinama, a brzo topljenje palog snijega i dugotrajne kiše dovode do poplava. Ogromna masa vode koja pada na površinu zemlje, posebno u područjima bez drveća, uzrokuje jaku eroziju tla. Intenzivan je rast slivničkih sustava. Poplave nastaju kao posljedica velikih poplava u razdobljima obilnih oborina ili visokih voda nakon naglog zatopljenja ili proljetnog otapanja snijega, pa su po svom podrijetlu atmosferske pojave (o njima se govori u poglavlju o ekološkoj ulozi hidrosfere).

Antropogene atmosferske promjene

Trenutno postoji mnogo različitih antropogenih izvora koji uzrokuju onečišćenje zraka i dovode do ozbiljnih poremećaja u ekološkoj ravnoteži. Što se tiče razmjera, dva izvora imaju najveći utjecaj na atmosferu: promet i industrija. U prosjeku, promet čini oko 60% ukupne količine onečišćenja atmosfere, industrija - 15, toplinska energija - 15, tehnologije za uništavanje kućnog i industrijskog otpada - 10%.

Promet, ovisno o korištenom gorivu i vrsti oksidansa, emitira u atmosferu dušikove okside, sumpor, ugljikove okside i diokside, olovo i njegove spojeve, čađu, benzopiren (tvar iz skupine policikličkih aromatskih ugljikovodika, koja je jaka karcinogen koji uzrokuje rak kože).

Industrija u atmosferu ispušta sumporni dioksid, ugljikove okside i diokside, ugljikovodike, amonijak, sumporovodik, sumpornu kiselinu, fenol, klor, fluor i druge kemijske spojeve. Ali dominantan položaj među emisijama (do 85%) zauzima prašina.

Kao posljedica onečišćenja mijenja se prozirnost atmosfere, što uzrokuje aerosole, smog i kisele kiše.

Aerosoli su raspršeni sustavi koji se sastoje od krutih čestica ili tekućih kapljica suspendiranih u plinovitom okruženju. Veličina čestica disperzne faze obično je 10 -3 -10 -7 cm Ovisno o sastavu disperzne faze aerosoli se dijele u dvije skupine. Jedan uključuje aerosole koji se sastoje od čvrstih čestica raspršenih u plinovitom mediju, drugi uključuje aerosole koji su mješavina plinovite i tekuće faze. Prvi se nazivaju dimovi, a drugi - magle. U procesu njihovog nastanka važnu ulogu imaju kondenzacijski centri. Kao kondenzacijske jezgre djeluju vulkanski pepeo, kozmička prašina, proizvodi industrijskih emisija, razne bakterije itd. Broj mogućih izvora koncentracijskih jezgri stalno raste. Tako, na primjer, kada se suha trava uništi vatrom na površini od 4000 m 2, u prosjeku se formira 11 * 10 22 jezgre aerosola.

Aerosoli su se počeli formirati od trenutka kada se naš planet pojavio i utjecao na prirodne uvjete. Međutim, njihova količina i djelovanje, usklađeno s općim kruženjem tvari u prirodi, nije izazvalo duboke ekološke promjene. Antropogeni čimbenici njihovog nastanka pomaknuli su ovu ravnotežu prema značajnim preopterećenjima biosfere. Ova je značajka posebno izražena otkako je čovječanstvo počelo koristiti posebno stvorene aerosole kako u obliku otrovnih tvari tako i za zaštitu bilja.

Najopasniji za vegetaciju su aerosoli sumporovog dioksida, fluorovodika i dušika. U dodiru s vlažnom površinom lišća stvaraju kiseline koje štetno djeluju na živa bića. Kisele maglice s udahnutim zrakom ulaze u dišne ​​organe životinja i ljudi i agresivno djeluju na sluznicu. Neki od njih razgrađuju živo tkivo, a radioaktivni aerosoli uzrokuju rak. Među radioaktivnim izotopima, Sg 90 je posebno opasan ne samo zbog svoje kancerogenosti, već i kao analog kalcija, zamjenjujući ga u kostima organizama, uzrokujući njihovu razgradnju.

Tijekom nuklearnih eksplozija u atmosferi se stvaraju oblaci radioaktivnih aerosola. Male čestice s radijusom od 1 - 10 mikrona padaju ne samo u gornje slojeve troposfere, već iu stratosferu, gdje mogu ostati dugo vremena. Aerosolni oblaci nastaju i tijekom rada reaktora u industrijskim postrojenjima koja proizvode nuklearno gorivo, kao i kao posljedica nesreća u nuklearnim elektranama.

Smog je mješavina aerosola s tekućom i krutom dispergiranom fazom, koji stvaraju maglovitu zavjesu nad industrijskim područjima i velikim gradovima.

Postoje tri vrste smoga: ledeni, mokri i suhi. Ledeni smog naziva se aljaški smog. Ovo je kombinacija plinovitih zagađivača s dodatkom čestica prašine i kristala leda koji nastaju smrzavanjem kapljica magle i pare iz sustava grijanja.

Mokri smog ili smog londonskog tipa ponekad se naziva zimski smog. To je mješavina plinovitih zagađivača (uglavnom sumpornog dioksida), čestica prašine i kapljica magle. Meteorološki preduvjet za pojavu zimskog smoga je vrijeme bez vjetra, pri čemu se sloj toplog zraka nalazi iznad prizemnog sloja hladnog zraka (ispod 700 m). U ovom slučaju ne postoji samo horizontalna, već i vertikalna razmjena. Zagađivači, obično raspršeni u visokim slojevima, u ovom se slučaju nakupljaju u površinskom sloju.

Suhi smog javlja se tijekom ljeta i često se naziva smog tipa Los Angelesa. To je mješavina ozona, ugljičnog monoksida, dušikovih oksida i kiselih para. Takav smog nastaje kao rezultat razgradnje zagađivača sunčevim zračenjem, posebice njegovim ultraljubičastim dijelom. Meteorološki preduvjet je atmosferska inverzija, izražena u pojavi sloja hladnog zraka iznad toplog zraka. Tipično, plinovi i čvrste čestice podignute strujama toplog zraka zatim se raspršuju u gornje hladne slojeve, ali u ovom slučaju se nakupljaju u inverzijskom sloju. U procesu fotolize, dušikovi dioksidi nastali izgaranjem goriva u automobilskim motorima razgrađuju se:

NE 2 → NE + O

Tada dolazi do sinteze ozona:

O + O 2 + M → O 3 + M

NE + O → NE 2

Procesi fotodisocijacije popraćeni su žuto-zelenim sjajem.

Osim toga, dolazi do reakcija tipa: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, tj. nastaje jaka sumporna kiselina.

Promjenom meteoroloških uvjeta (pojavom vjetra ili promjenom vlažnosti) hladni zrak se rasipa i smog nestaje.

Prisutnost kancerogenih tvari u smogu dovodi do problema s disanjem, iritacije sluznice, poremećaja cirkulacije, astmatičnog gušenja, a često i smrti. Smog je posebno opasan za malu djecu.

Kisela kiša je atmosferska oborina zakiseljena industrijskim emisijama sumpornih oksida, dušika i para perklorne kiseline i klora otopljenih u njima. U procesu izgaranja ugljena i plina, većina sumpora sadržanog u njemu, kako u obliku oksida, tako iu spojevima sa željezom, osobito u piritu, pirotitu, kalkopiritu itd., pretvara se u sumporni oksid, koji zajedno s ugljičnim dioksidom, ispušta se u atmosferu. Kada se atmosferski dušik i tehničke emisije spoje s kisikom, nastaju različiti dušikovi oksidi, a volumen nastalih dušikovih oksida ovisi o temperaturi izgaranja. Najveći dio dušikovih oksida nastaje tijekom rada vozila i dizel lokomotiva, a manji dio u energetskom sektoru i industrijskim poduzećima. Sumporni i dušikovi oksidi glavni su tvorci kiseline. Prilikom reakcije s atmosferskim kisikom i vodenom parom koja se nalazi u njemu nastaju sumporna i dušična kiselina.

Poznato je da je alkalno-kisela ravnoteža okoliša određena pH vrijednošću. Neutralni okoliš ima pH vrijednost 7, kiseli okoliš ima pH vrijednost 0, a alkalni okoliš ima pH vrijednost 14. U modernom dobu pH vrijednost kišnice je 5,6, iako je u nedavnoj prošlosti bio neutralan. Smanjenje pH vrijednosti za jedan odgovara deseterostrukom povećanju kiselosti i stoga trenutno kiša s povećanom kiselošću pada gotovo posvuda. Maksimalna kiselost kiše zabilježena u zapadnoj Europi bila je 4-3,5 pH. Treba uzeti u obzir da je pH vrijednost od 4-4,5 smrtonosna za većinu riba.

Kisele kiše agresivno djeluju na Zemljinu vegetaciju, na industrijske i stambene objekte te pridonose znatnom ubrzanju trošenja izloženih stijena. Povećana kiselost sprječava samoregulaciju neutralizacije tla u kojima se otapaju hranjive tvari. Zauzvrat, to dovodi do oštrog smanjenja prinosa i uzrokuje degradaciju vegetacijskog pokrova. Kiselost tla potiče oslobađanje vezanog teškog tla, koje biljke postupno apsorbiraju, uzrokujući ozbiljna oštećenja tkiva i prodirući u ljudski prehrambeni lanac.

Promjena alkalno-kiselog potencijala morskih voda, posebice u plitkim vodama, dovodi do prestanka razmnožavanja mnogih beskralješnjaka, uzrokuje uginuće riba i narušava ekološku ravnotežu u oceanima.

Zbog kiselih kiša, šume u zapadnoj Europi, baltičkim državama, Kareliji, Uralu, Sibiru i Kanadi su u opasnosti od uništenja.

Ponekad se atmosfera koja okružuje naš planet u debelom sloju naziva peti ocean. Nije uzalud drugo ime zrakoplova zrakoplov. Atmosfera je mješavina raznih plinova među kojima prevladavaju dušik i kisik. Upravo zahvaljujući potonjem moguć je život na planetu u obliku na koji smo svi navikli. Osim njih, tu je i 1% ostalih komponenti. To su inertni (ne ulaze u kemijske interakcije) plinovi, sumporni oksid Peti ocean također sadrži mehaničke nečistoće: prašinu, pepeo itd. Svi slojevi atmosfere ukupno se protežu gotovo 480 km od površine (podaci su različiti, mi će se detaljnije zadržati na ovoj točki Dalje). Takva impresivna debljina tvori svojevrsni neprobojni štit koji štiti planet od štetnog kozmičkog zračenja i velikih objekata.

Razlikuju se sljedeći slojevi atmosfere: troposfera, zatim stratosfera, zatim mezosfera i na kraju termosfera. Zadani poredak počinje na površini planeta. Gusti slojevi atmosfere predstavljeni su prva dva. Oni su ti koji filtriraju značajan dio štetnih

Najniži sloj atmosfere, troposfera, prostire se samo 12 km iznad razine mora (18 km u tropima). Ovdje je koncentrirano do 90% vodene pare, zbog čega nastaju oblaci. Ovdje je također koncentriran najveći dio zraka. Svi sljedeći slojevi atmosfere su hladniji, budući da blizina površine omogućuje reflektiranim sunčevim zrakama zagrijavanje zraka.

Stratosfera se proteže do gotovo 50 km od površine. Većina vremenskih balona "lebdi" u ovom sloju. Ovdje mogu letjeti i neki tipovi zrakoplova. Jedna od iznenađujućih značajki je temperaturni režim: u rasponu od 25 do 40 km temperatura zraka počinje rasti. Od -60 penje se gotovo na 1. Zatim slijedi lagani pad do nule, koji se zadržava do visine od 55 km. Gornja granica je ono zloglasno

Nadalje, mezosfera se proteže na gotovo 90 km. Temperatura zraka ovdje naglo pada. Za svakih 100 metara uspona dolazi do pada od 0,3 stupnja. Ponekad se naziva najhladnijim dijelom atmosfere. Gustoća zraka je mala, ali je sasvim dovoljna da stvori otpor padu meteora.

Slojevi atmosfere u uobičajenom smislu završavaju na visini od oko 118 km. Ovdje nastaju poznate polarne svjetlosti. Područje termosfere počinje iznad. Zbog X-zraka dolazi do ionizacije onih nekoliko molekula zraka koje se nalaze u ovom području. Ti procesi stvaraju takozvanu ionosferu (često je uključena u termosferu i stoga se ne razmatra zasebno).

Sve iznad 700 km naziva se egzosfera. zraka je izuzetno malo, pa se slobodno kreću bez otpora uslijed sudara. To omogućuje nekima od njih da akumuliraju energiju koja odgovara 160 stupnjeva Celzijusa, unatoč činjenici da je okolna temperatura niska. Molekule plina raspoređene su po volumenu egzosfere u skladu s njihovom masom, pa se najteže od njih mogu detektirati samo u donjem dijelu sloja. Gravitacija planeta, koja opada s visinom, više nije u stanju zadržati molekule, tako da kozmičke čestice visoke energije i zračenje daju impuls molekulama plina dovoljan da napuste atmosferu. Ovo područje jedno je od najdužih: smatra se da se atmosfera potpuno pretvara u vakuum svemira na visinama većim od 2000 km (ponekad se pojavljuje i brojka 10.000). Umjetne rotiraju u orbitama dok su još u termosferi.

Svi navedeni brojevi su indikativni, budući da granice atmosferskih slojeva ovise o nizu čimbenika, na primjer o aktivnosti Sunca.

- zračni omotač globusa, koji se okreće zajedno sa Zemljom. Gornja granica atmosfere konvencionalno se povlači na visinama od 150-200 km. Donja granica je Zemljina površina.

Atmosferski zrak je mješavina plinova. Najveći dio njegovog volumena u površinskom sloju zraka čine dušik (78%) i kisik (21%). Osim toga, zrak sadrži inertne plinove (argon, helij, neon i dr.), ugljikov dioksid (0,03), vodenu paru i razne krute čestice (prašinu, čađu, kristale soli).

Zrak je bezbojan, a boja neba objašnjava se karakteristikama raspršenja svjetlosnih valova.

Atmosfera se sastoji od nekoliko slojeva: troposfere, stratosfere, mezosfere i termosfere.

Donji prizemni sloj zraka naziva se troposfera. Na različitim geografskim širinama njegova snaga nije ista. Troposfera prati oblik planeta i zajedno sa Zemljom sudjeluje u osnoj rotaciji. Na ekvatoru debljina atmosfere varira od 10 do 20 km. Na ekvatoru je veća, a na polovima manja. Troposferu karakterizira najveća gustoća zraka, u njoj je koncentrirano 4/5 mase cjelokupne atmosfere. Troposfera određuje vremenske uvjete: ovdje nastaju različite zračne mase, stvaraju se naoblaka i padaline, dolazi do intenzivnog horizontalnog i vertikalnog kretanja zraka.

Iznad troposfere, do visine od 50 km, nalazi se stratosfera. Karakterizira ga manja gustoća zraka i nedostatak vodene pare. U donjem dijelu stratosfere na visinama od oko 25 km. postoji “ozonski ekran” - sloj atmosfere s visokom koncentracijom ozona koji apsorbira ultraljubičasto zračenje koje je pogubno za organizme.

Na nadmorskoj visini od 50 do 80-90 km prostire se mezosfera. S porastom nadmorske visine temperatura opada s prosječnim vertikalnim gradijentom od (0,25-0,3)°/100 m, a smanjuje se i gustoća zraka. Glavni energetski proces je prijenos topline zračenjem. Atmosferski sjaj uzrokuju složeni fotokemijski procesi koji uključuju radikale i vibracijski pobuđene molekule.

Termosfera nalazi se na nadmorskoj visini od 80-90 do 800 km. Gustoća zraka ovdje je minimalna, a stupanj ionizacije zraka vrlo visok. Temperatura se mijenja ovisno o aktivnosti Sunca. Zbog velikog broja nabijenih čestica ovdje se opažaju polarne svjetlosti i magnetske oluje.

Atmosfera je od velike važnosti za prirodu Zemlje. Bez kisika živi organizmi ne mogu disati. Njegov ozonski omotač štiti sva živa bića od štetnih ultraljubičastih zraka. Atmosfera ublažava temperaturne fluktuacije: Zemljina površina se noću ne prehladi i ne pregrije danju. U gustim slojevima atmosferskog zraka, prije nego što stignu do površine planeta, meteoriti izgaraju iz trnja.

Atmosfera je u interakciji sa svim slojevima zemlje. Uz njegovu pomoć izmjenjuju se toplina i vlaga između oceana i kopna. Bez atmosfere ne bi bilo oblaka, padalina ni vjetrova.

Ljudske gospodarske aktivnosti imaju značajan negativan utjecaj na atmosferu. Dolazi do onečišćenja atmosferskog zraka što dovodi do povećanja koncentracije ugljičnog monoksida (CO 2). A to pridonosi globalnom zagrijavanju i povećava "efekt staklenika". Ozonski omotač Zemlje uništava se zbog industrijskog otpada i transporta.

Atmosferi je potrebna zaštita. U razvijenim zemljama provodi se niz mjera za zaštitu atmosferskog zraka od onečišćenja.

Još uvijek imate pitanja? Želite li znati više o atmosferi?
Za pomoć od mentora, registrirajte se.

web stranice, pri kopiranju materijala u cijelosti ili djelomično, poveznica na izvor je obavezna.

Zemljina atmosfera je plinoviti omotač našeg planeta. Njegova donja granica prolazi u razini zemljine kore i hidrosfere, a gornja granica prolazi u područje oko Zemlje svemira. Atmosfera sadrži oko 78% dušika, 20% kisika, do 1% argona, ugljikov dioksid, vodik, helij, neon i neke druge plinove.

Ovu zemljinu ljusku karakterizira jasno izražena slojevitost. Slojevi atmosfere određeni su vertikalnom raspodjelom temperature i različitim gustoćama plinova na različitim razinama. Razlikuju se sljedeći slojevi Zemljine atmosfere: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera, egzosfera. Ionosfera je odvojeno odvojena.

Do 80% ukupne mase atmosfere čini troposfera – donji prizemni sloj atmosfere. Troposfera u polarnim zonama nalazi se na razini do 8-10 km iznad površine zemlje, u tropskoj zoni - do najviše 16-18 km. Između troposfere i gornjeg sloja stratosfere nalazi se tropopauza - prijelazni sloj. U troposferi temperatura opada s porastom nadmorske visine, a slično tome, atmosferski tlak opada s visinom. Prosječni temperaturni gradijent u troposferi je 0,6 ° C na 100 m. Temperatura na različitim razinama ove ljuske određena je karakteristikama apsorpcije sunčevog zračenja i učinkovitosti konvekcije. Gotovo sve ljudske aktivnosti odvijaju se u troposferi. Najviše planine ne prelaze troposferu, samo zračni promet može prijeći gornju granicu ove školjke na maloj visini i biti u stratosferi. Velik dio vodene pare nalazi se u troposferi, koja je odgovorna za nastanak gotovo svih oblaka. Također, gotovo svi aerosoli (prašina, dim itd.) formirani na zemljinoj površini koncentrirani su u troposferi. U graničnom donjem sloju troposfere izražena su dnevna kolebanja temperature i vlažnosti zraka, a brzina vjetra je obično smanjena (povećava se s visinom). U troposferi postoji promjenjiva podjela debljine zraka na zračne mase u horizontalnom smjeru, koje se razlikuju po nizu karakteristika ovisno o zoni i području njihovog formiranja. Na atmosferskim frontama - granicama između zračnih masa - nastaju ciklone i anticiklone koje određuju vrijeme na određenom području za određeno vremensko razdoblje.

Stratosfera je sloj atmosfere između troposfere i mezosfere. Granice ovog sloja kreću se od 8-16 km do 50-55 km iznad površine Zemlje. U stratosferi je plinski sastav zraka približno isti kao u troposferi. Posebnost je smanjenje koncentracije vodene pare i povećanje sadržaja ozona. Ozonski sloj atmosfere, koji štiti biosferu od agresivnog djelovanja ultraljubičastog svjetla, nalazi se na razini od 20 do 30 km. U stratosferi temperatura raste s nadmorskom visinom, a vrijednosti temperature određene su sunčevim zračenjem, a ne konvekcijom (kretanjem zračnih masa), kao u troposferi. Zagrijavanje zraka u stratosferi nastaje zbog apsorpcije ultraljubičastog zračenja od strane ozona.

Iznad stratosfere mezosfera se proteže do razine od 80 km. Ovaj sloj atmosfere karakterizira činjenica da temperatura opada kako se nadmorska visina povećava od 0°C do -90°C. Ovo je najhladnije područje atmosfere.

Iznad mezosfere nalazi se termosfera do razine od 500 km. Od granice s mezosferom do egzosfere temperatura varira od približno 200 K do 2000 K. Do razine od 500 km gustoća zraka smanjuje se nekoliko stotina tisuća puta. Relativni sastav atmosferskih komponenti termosfere sličan je površinskom sloju troposfere, ali s porastom nadmorske visine sve više kisika postaje atomsko. Određeni udio molekula i atoma termosfere nalazi se u ioniziranom stanju i raspoređen je u nekoliko slojeva, a objedinjuje ih pojam ionosfere. Karakteristike termosfere variraju u širokom rasponu ovisno o geografskoj širini, količini sunčevog zračenja, dobu godine i danu.

Gornji sloj atmosfere je egzosfera. Ovo je najtanji sloj atmosfere. U egzosferi, srednji slobodni put čestica je toliko ogroman da čestice mogu slobodno pobjeći u međuplanetarni prostor. Masa egzosfere je jedan desetmilijuniti dio ukupne mase atmosfere. Donja granica egzosfere je razina od 450-800 km, a gornjom se granicom smatra područje u kojem je koncentracija čestica ista kao u svemiru – nekoliko tisuća kilometara od površine Zemlje. Egzosfera se sastoji od plazme - ioniziranog plina. U egzosferi su i radijacijski pojasevi našeg planeta.

Video prezentacija - slojevi Zemljine atmosfere:

Povezani materijali:

Zemljina atmosfera

Atmosfera(iz. starogrčkiἀτμός - para i σφαῖρα - lopta) - plinškoljka ( geosfera), koji okružuje planet Zemlja. Njegova unutarnja površina pokriva hidrosfera i djelomično kora, vanjski graniči sa zemaljskim dijelom svemira.

Skup grana fizike i kemije koje proučavaju atmosferu obično se naziva atmosferska fizika. Atmosfera određuje vrijeme na površini Zemlje, proučavajući vrijeme meteorologija, i dugoročne varijacije klima - klimatologija.

Struktura atmosfere

Struktura atmosfere

Troposfera

Njegova gornja granica je na nadmorskoj visini od 8-10 km u polarnim, 10-12 km u umjerenim i 16-18 km u tropskim širinama; niža zimi nego ljeti. Donji, glavni sloj atmosfere. Sadrži više od 80% ukupne mase atmosferskog zraka i oko 90% sve vodene pare prisutne u atmosferi. U troposferi su vrlo razvijeni turbulencija I konvekcija, ustati oblaci, razvijaju se cikloni I anticiklone. Temperatura opada s povećanjem nadmorske visine s prosječnom vertikalom gradijent 0,65°/100 m

Sljedeći uvjeti su prihvaćeni kao "normalni uvjeti" na površini Zemlje: gustoća 1,2 kg/m3, barometarski tlak 101,35 kPa, temperatura plus 20 °C i relativna vlažnost 50%. Ovi uvjetni pokazatelji imaju čisto inženjersko značenje.

Stratosfera

Sloj atmosfere koji se nalazi na visini od 11 do 50 km. Karakterizira ga blaga promjena temperature u sloju od 11-25 km (donji sloj stratosfere) i povećanje u sloju od 25-40 km od -56,5 do 0,8 ° S(gornji sloj stratosfere ili regije inverzije). Nakon što je dosegla vrijednost od oko 273 K (gotovo 0 °C) na visini od oko 40 km, temperatura ostaje konstantna do visine od oko 55 km. Ovo područje konstantne temperature naziva se stratopauza a granica je između stratosfere i mezosfera.

Stratopauza

Granični sloj atmosfere između stratosfere i mezosfere. U vertikalnoj raspodjeli temperature postoji maksimum (oko 0 °C).

Mezosfera

Zemljina atmosfera

Mezosfera počinje na visini od 50 km i proteže se na 80-90 km. Temperatura opada s visinom s prosječnim vertikalnim gradijentom od (0,25-0,3)°/100 m. Glavni energetski proces je prijenos topline zračenjem. Složeni fotokemijski procesi koji uključuju slobodni radikali, vibracijski pobuđene molekule itd. uzrokuju sjaj atmosfere.

Mezopauza

Prijelazni sloj između mezosfere i termosfere. Postoji minimum u vertikalnoj raspodjeli temperature (oko -90 °C).

Karmanova linija

Visina iznad razine mora, koja se konvencionalno prihvaća kao granica između Zemljine atmosfere i svemira.

Termosfera

Glavni članak: Termosfera

Gornja granica je oko 800 km. Temperatura raste do visina od 200-300 km, gdje doseže vrijednosti reda veličine 1500 K, nakon čega ostaje gotovo konstantna do velikih nadmorskih visina. Pod utjecajem ultraljubičastog i rendgenskog sunčevog zračenja te kozmičkog zračenja dolazi do ionizacije zraka (“ polarne svjetlosti") - glavna područja ionosfera leže unutar termosfere. Na visinama iznad 300 km prevladava atomski kisik.

Atmosferski slojevi do visine od 120 km

Egzosfera (sfera raspršenja)

Egzosfera- disperzijska zona, vanjski dio termosfere, koji se nalazi iznad 700 km. Plin u egzosferi je vrlo razrijeđen, a odavde njegove čestice cure u međuplanetarni prostor ( rasipanje).

Do visine od 100 km atmosfera je homogena, dobro izmiješana smjesa plinova. U višim slojevima raspodjela plinova po visini ovisi o njihovoj molekulskoj masi, a koncentracija težih plinova brže opada s udaljenošću od površine Zemlje. Zbog smanjenja gustoće plina temperatura pada od 0 °C u stratosferi do −110 °C u mezosferi. Međutim, kinetička energija pojedinačnih čestica na visinama od 200-250 km odgovara temperaturi od ~1500 °C. Iznad 200 km uočavaju se značajne fluktuacije temperature i gustoće plina u vremenu i prostoru.

Na visini od oko 2000-3000 km egzosfera postupno prelazi u tzv. bliski svemirski vakuum, koji je ispunjen visoko razrijeđenim česticama međuplanetarnog plina, uglavnom atomima vodika. Ali ovaj plin predstavlja samo dio međuplanetarne materije. Drugi dio čine čestice prašine kometnog i meteorskog podrijetla. Osim iznimno razrijeđenih čestica prašine, u ovaj prostor prodire elektromagnetsko i korpuskularno zračenje sunčevog i galaktičkog podrijetla.

Troposfera čini oko 80% mase atmosfere, stratosfera - oko 20%; masa mezosfere nije veća od 0,3%, termosfera je manja od 0,05% ukupne mase atmosfere. Na temelju električnih svojstava u atmosferi razlikuju se neutronosfera i ionosfera. Trenutno se vjeruje da se atmosfera proteže do visine od 2000-3000 km.

Ovisno o sastavu plina u atmosferi, emitiraju homosfera I heterosfera. Heterosfera - To je područje gdje gravitacija utječe na razdvajanje plinova, jer je njihovo miješanje na tolikoj visini zanemarivo. To podrazumijeva promjenjiv sastav heterosfere. Ispod njega leži dobro izmiješan, homogeni dio atmosfere, tzv homosfera. Granica između tih slojeva naziva se turbo pauza, nalazi se na nadmorskoj visini od oko 120 km.

Fizička svojstva

Debljina atmosfere je otprilike 2000 - 3000 km od površine Zemlje. Ukupna masa zrak- (5,1-5,3)×10 18 kg. Molekulska masačisti suhi zrak je 28.966. Pritisak na 0 °C na razini mora 101.325 kPa; kritična temperatura-140,7 °C; kritični tlak 3,7 MPa; C str 1,0048×10 3 J/(kg K) (na 0 °C), C v 0,7159×10 3 J/(kg K) (pri 0 °C). Topivost zraka u vodi na 0 °C je 0,036%, na 25 °C - 0,22%.

Fiziološka i druga svojstva atmosfere

Već na nadmorskoj visini od 5 km razvija se neobučena osoba gladovanje kisikom a bez prilagodbe, učinak osobe je značajno smanjen. Ovdje završava fiziološka zona atmosfere. Ljudsko disanje postaje nemoguće na visini od 15 km, iako do otprilike 115 km atmosfera sadrži kisik.

Atmosfera nas opskrbljuje kisikom potrebnim za disanje. Međutim, zbog pada ukupnog tlaka atmosfere, kako se dižete na visinu, parcijalni tlak kisika se u skladu s tim smanjuje.

Ljudska pluća stalno sadrže oko 3 litre alveolarnog zraka. Parcijalni tlak kisika u alveolarnom zraku pri normalnom atmosferskom tlaku iznosi 110 mm Hg. Art., Tlak ugljičnog dioksida - 40 mm Hg. Art., I vodena para - 47 mm Hg. Umjetnost. S porastom nadmorske visine tlak kisika pada, a ukupni tlak pare vode i ugljičnog dioksida u plućima ostaje gotovo konstantan – oko 87 mm Hg. Umjetnost. Opskrba pluća kisikom potpuno će prestati kada tlak okolnog zraka postane jednak toj vrijednosti.

Na visini od oko 19-20 km atmosferski tlak pada na 47 mm Hg. Umjetnost. Stoga na ovoj visini voda i međustanična tekućina počinju ključati u ljudskom tijelu. Izvan kabine pod tlakom na ovim visinama smrt nastupa gotovo trenutno. Dakle, sa stajališta ljudske fiziologije, "svemir" počinje već na visini od 15-19 km.

Gusti slojevi zraka - troposfera i stratosfera - štite nas od štetnog djelovanja zračenja. Pri dovoljnoj razrijeđenosti zraka, na visinama većim od 36 km, ionizirajući agensi intenzivno djeluju na organizam. radijacija- primarne kozmičke zrake; Na visinama većim od 40 km ultraljubičasti dio sunčevog spektra je opasan za čovjeka.

Kako se dižemo na sve veću visinu iznad Zemljine površine, takve poznate pojave opažene u nižim slojevima atmosfere kao što su širenje zvuka, pojava aerodinamičkih lift i otpor, prijenos topline konvekcija i tako dalje.

U razrijeđenim slojevima zraka, distribucija zvuk pokazuje se nemogućim. Do visina od 60-90 km još uvijek je moguće koristiti otpor zraka i uzgon za kontrolirani aerodinamički let. Ali počevši od visina od 100-130 km, koncepti poznati svakom pilotu brojevi M I zvučni zid gube značenje, postoji kondicional Karmanova linija iza koje počinje sfera čisto balističkog leta, koja se može kontrolirati samo pomoću reaktivnih sila.

Na visinama iznad 100 km atmosfera je lišena još jednog izvanrednog svojstva - sposobnosti upijanja, provođenja i prijenosa toplinske energije konvekcijom (tj. miješanjem zraka). To znači da se različiti elementi opreme na orbitalnoj svemirskoj postaji neće moći hladiti izvana na isti način kako se to inače radi u avionu - uz pomoć zračnih mlaznica i zračnih radijatora. Na takvoj visini, kao i općenito u svemiru, jedini način prijenosa topline je toplinsko zračenje.

Atmosferski sastav

Sastav suhog zraka

Zemljina atmosfera sastoji se uglavnom od plinova i raznih nečistoća (prašine, kapljica vode, kristala leda, morske soli, produkata izgaranja).

Koncentracija plinova koji čine atmosferu gotovo je konstantna, s izuzetkom vode (H 2 O) i ugljičnog dioksida (CO 2).

Osim plinova navedenih u tablici, atmosfera sadrži SO 2, NH 3, CO, ozon, ugljikovodici, HCl, HF, parovi Hg, I 2 , i također NE i mnogi drugi plinovi u malim količinama. Troposfera stalno sadrži veliki broj suspendiranih čvrstih i tekućih čestica ( aerosol).

Povijest nastanka atmosfere

Prema najrasprostranjenijoj teoriji, Zemljina je atmosfera tijekom vremena imala četiri različita sastava. U početku se sastojao od lakih plinova ( vodik I helij), snimljen iz međuplanetarnog svemira. Ovo je tzv primarna atmosfera(prije oko četiri milijarde godina). U sljedećoj je fazi aktivna vulkanska aktivnost dovela do zasićenja atmosfere plinovima koji nisu vodik (ugljični dioksid, amonijak, vodena para). Tako je nastala sekundarna atmosfera(oko tri milijarde godina prije današnjeg dana). Ova je atmosfera bila oporavljajuća. Nadalje, proces formiranja atmosfere određen je sljedećim čimbenicima:

curenje lakih plinova (vodika i helija) u međuplanetarni prostor;

kemijske reakcije koje se odvijaju u atmosferi pod utjecajem ultraljubičastog zračenja, pražnjenja munje i nekih drugih čimbenika.

Postupno su ti čimbenici doveli do formiranja tercijarna atmosfera, karakteriziran znatno nižim udjelom vodika i puno većim udjelom dušika i ugljičnog dioksida (nastalog kao rezultat kemijskih reakcija iz amonijaka i ugljikovodika).

Dušik

Nastanak velike količine N 2 posljedica je oksidacije atmosfere amonijak-vodik molekularnim O 2, koji je počeo dolaziti s površine planeta kao rezultat fotosinteze, počevši prije 3 milijarde godina. N2 se također ispušta u atmosferu kao rezultat denitrifikacije nitrata i drugih spojeva koji sadrže dušik. Dušik se oksidira ozonom u NO u gornjoj atmosferi.

Dušik N 2 reagira samo pod određenim uvjetima (na primjer, tijekom pražnjenja munje). Oksidacija molekularnog dušika ozonom tijekom električnih pražnjenja koristi se u industrijskoj proizvodnji dušičnih gnojiva. Mogu ga uz mali utrošak energije oksidirati i pretvoriti u biološki aktivan oblik. cijanobakterije (modrozelene alge) te kvržične bakterije koje tvore rizobijalne simbioza S mahunarke biljke, tzv zelena gnojidba.

Kisik

Sastav atmosfere počeo se radikalno mijenjati pojavom na Zemlji živući organizmi, kao rezultat fotosinteza praćeno oslobađanjem kisika i apsorpcijom ugljičnog dioksida. U početku se kisik trošio na oksidaciju reduciranih spojeva - amonijaka, ugljikovodika, dušikovog oblika žlijezda sadržan u oceanima itd. Na kraju ove faze sadržaj kisika u atmosferi počeo je rasti. Postupno se formirala moderna atmosfera s oksidacijskim svojstvima. Budući da je to izazvalo ozbiljne i nagle promjene u mnogim procesima koji se odvijaju u atmosfera, litosfera I biosfera, ovaj događaj se zvao Katastrofa s kisikom.

Tijekom fanerozoik mijenjao se sastav atmosfere i sadržaj kisika. Ponajprije su korelirali s brzinom taloženja organskog sedimenta. Dakle, tijekom razdoblja nakupljanja ugljena, sadržaj kisika u atmosferi očito je značajno premašio modernu razinu.

Ugljični dioksid

Sadržaj CO 2 u atmosferi ovisi o vulkanskoj aktivnosti i kemijskim procesima u zemljinim ljuskama, ali prije svega o intenzitetu biosinteze i razgradnje organske tvari u biosfera Zemlja. Gotovo cjelokupna sadašnja biomasa planeta (oko 2,4 × 10 12 tona ) nastaje zbog ugljičnog dioksida, dušika i vodene pare sadržane u atmosferskom zraku. Pokopan u ocean, V močvare i u šumama organska tvar se pretvara u ugljen, ulje I prirodni gas. (cm. Geokemijski ciklus ugljika)

Plemeniti plinovi

Izvor inertnih plinova - argon, helij I kripton- vulkanske erupcije i raspad radioaktivnih elemenata. Zemlja općenito, a posebno atmosfera, osiromašene su inertnim plinovima u usporedbi sa svemirom. Vjeruje se da razlog tome leži u kontinuiranom istjecanju plinova u međuplanetarni prostor.

Zagađenje zraka

Nedavno je na evoluciju atmosfere počelo utjecati ljudski. Rezultat njegovih aktivnosti bio je stalni značajan porast sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi zbog izgaranja ugljikovodičnih goriva akumuliranih u prethodnim geološkim erama. Ogromne količine CO 2 troše se tijekom fotosinteze i apsorbiraju ga svjetski oceani. Ovaj plin ulazi u atmosferu zbog raspadanja karbonatnih stijena i organskih tvari biljnog i životinjskog podrijetla, kao i zbog vulkanizma i ljudske industrijske aktivnosti. Tijekom proteklih 100 godina sadržaj CO 2 u atmosferi povećao se za 10%, pri čemu najveći dio (360 milijardi tona) dolazi izgaranjem goriva. Ako se stopa rasta izgaranja goriva nastavi, tada će se u sljedećih 50 - 60 godina količina CO 2 u atmosferi udvostručiti i mogla bi dovesti do globalne klimatske promjene.

Izgaranje goriva glavni je izvor zagađujućih plinova ( CO, NE, TAKO 2 ). Sumporni dioksid se oksidira atmosferskim kisikom u TAKO 3 u gornjim slojevima atmosfere, koji zauzvrat stupaju u interakciju s vodom i parama amonijaka, a rezultirajući sumporna kiselina (H 2 TAKO 4 ) I amonijev sulfat ((NH 4 ) 2 TAKO 4 ) povratak na površinu Zemlje u obliku tzv. kisela kiša. Korištenje motori s unutarnjim izgaranjem dovodi do značajnog onečišćenja atmosfere dušikovim oksidima, ugljikovodicima i spojevima olova ( tetraetil olovo Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Aerosolno onečišćenje atmosfere uzrokovano je kako prirodnim uzrocima (vulkanske erupcije, prašne oluje, unošenje kapljica morske vode i peludi biljaka itd.), tako i ljudskim gospodarskim aktivnostima (vađenje ruda i građevinskog materijala, spaljivanje goriva, proizvodnja cementa itd.). ). Intenzivno ispuštanje čestica velikih razmjera u atmosferu jedan je od mogućih uzroka klimatskih promjena na planetu.