Вселенной называется всё сущее на свете. Это и Земля, на которой мы живём, это и горы и моря, покрывающие её поверхность. Это наша Луна и наше Солнце и это бесчисленные звезды, пылающие над нашей головой.
«Мир» никогда не кончится: вселенная была и будет вечна в своём движении и развитии.


Атмосфера Земли. Атмосфера планета земля


Атмосфера Земли

Наша планета окружена различными газами, из которых и состоит атмосфера Земли. Неоднородная, динамичная и крайне уязвимая к влиянию живых организмов. Внутренняя поверхность касается гидросферы, а внешняя практически поравнялась с космическим пространством. На протяжении всего своего существования, ее состав постоянно изменялся под влиянием множества факторов. В то же время от нее зависит климат на планете и жизнь всего живого.

Как появилась атмосфера?

Атмосфера земли защищает всех нас от угроз необъятного космоса. Именно она не пропускает опасные излучения, падающие метеориты и нормализует температуру на планете. Ведь благодаря парниковому эффекту, возникающему из-за отражения лучей Солнца от облаков, Земля стала теплее примерно на 30 градусов. Да и само появление жизни было бы невозможно, без разнообразия состава атмосферы. Ведь, если посмотреть на другие планеты, то они и близко непохожи на Землю. Но почему существует атмосфера земли?

Примерная толщина атмосферы составляет более 120 километров, а масса воздуха в ней просто огромна – 5.3*1018 кг. Такой объем возник из-за разнообразия газов в ее составе. Почти вся таблица Менделеева. Но атмосфера земли стала такой, как она есть сейчас, не сразу. Раньше вся поверхность планеты была испещрена кратерами от метеоритов, которым не стоило особо труда пробиться сквозь тонкую пелену, окружающую Землю. Изначально, в составе атмосферы был лишь водород и гелий, а потом, благодаря наличию извергающихся вулканов, добавились аммиак, метан, углекислый газ, сера и азот. Теперь именно они составляют 78 процентов от общей массы атмосферы.

Проходили миллионы и миллионы лет и появился кислород, именно с его приходом все изменилось. Как это случилось? Мантия планеты была раскалена и буквально трещала по швам, выпуская наружу различные газы. А вулканы рождали водяные пары, на них воздействовал ультрафиолет, получая водород и кислород. Но, увы, он не мог надолго задержаться в атмосфере, виной тому были чрезвычайно высокие температуры и излучение солнца, заставляющие его распадаться на исходные части. Все изменилось с приходом первых живых организмов.

Живые организмы

Атмосфера Земли сформировалась именно благодаря совместным усилиям планеты и живых организмов. Если первая позаботилась о наличии всевозможных газов, то вторые стали активно выделить кислород, который уже просто не успевал распадаться. В результате этого, за несколько миллиардов лет, он стал занимать 21 процент от массы атмосферы.

Но на этом участие живых организмов не закончилось, и они стали использовать углерод для того чтобы строить собственные скелеты. Кора Земли буквально наполнилась пластами из органики и останков ископаемых. Вместе с этим, количество углекислого газа серьезно уменьшилось, а кислорода становилось все больше и больше, в результате появился озоновый слой земли, взявший на себя роль защитника всех живых организмов от смертельно опасного влияния ультрафиолетовых лучей. Жизнь на Земле стала разнообразней и стали появляется более развитые существа.

Влияние атмосферы на внешний облик Земли

Любой человек, хотя бы раз глядевший на синее небо над головой, задумывался о том, почему же именно синий цвет? Ответ, опять же, кроется в атмосфере. Кислород способен рассеивать волны коротких диапазонов и в результате давать синий цвет. Конечно, другие газы также могут делать это, но в гораздо меньшей степени. Такой же эффект можно наблюдать и из космоса, откуда Земля виднеется будто окутанная синей дымкой.

Также, литосферные плиты и вулканы, отвечающие на вопрос, почему существует атмосфера земли, являются главными источники благородного газа Аргона, который занимает лишь 1 процент от общей массы атмосферы по причине своей летучести. Он поднимается в верхние слои и после отправляется в космос. Практически то же самое происходит и с гелием.

Атмосфера менялась сотни раз и каждый являлся сильнейшим толчком для развития всего живого. Но некоторые изменения настолько устойчивы, что их существование продолжится практически при любых условиях. Например, защитники экологии очень часто говорят про то, что озоновый слой земли может погибнуть, если человечество не прекратит свою пагубную деятельность. Даже в случае чрезвычайного сокращения количества кислорода в атмосфере, например, в 100 раз, слой продолжит свое существование. Это означает, что человек оставил лишь малый след в истории планеты, но в определенных точках мира, подобная проблема может серьезно сказаться на уровне жизни людей. Например, из-за смога, нависшего над Пекином, люди вынуждены дышать загрязненным воздухом. А тем временем, озоновый слой защищает землю от ультрафиолета и продолжит это делать в любом случае.

Из чего состоит атмосфера?

Выше уже говорилось, что атмосфера является скоплением различных газов, образующих защитную оболочку. Однако, атмосфера земли слои имеет различные, каждый из которых обладает уникальным набором характеристик.

Тропосфера

Строение атмосферы

Первый слой атмосферы, находящийся на промежутке от 0 до 20 километров. Высота зависит от времени года и типа широты. В этом слое содержится примерно 80 процентов всего воздуха и 90 процентов водяного пара. Турбулентность, конвекция, возникновение облаков и циклонов, все это происходит именно здесь. Температура меняется в зависимости от высоты. Как говорит школьный курс – чем выше, тем холоднее. А дальнейшее развитие показало, что каждый 100 метров температура понижается на 0,65 градусов Цельсия.Какой из атмосферных слоев ближе к земле? Как уже говорилось выше, тропосфера. И именно эта близость повлияла на создание воздушного дна. Места, где происходит контакт с литосферов. Роль дна крайне высока для всего живого на Земле, именно тут поверхность создает ветры, возникают перепады давления, разделяющиеся неровностями и выпуклостями. Также, здесь происходит круговорот воды в природе, вся вода, испаряющаяся с площади океанов, возвращается обратно в них, а слой становится похож на самый обычный водяной фильтр, огромных размеров.

Тропопауза

В этом слое, понижение температуры с повышением высоты прекращается и на этом его роль заканчивается;

Стратосфера

На отрезке между 8 и 50 километрами вверх, находится стратосфера. В ней практически нет водяного пара, и из-за этого атмосферное давление земли серьезно отличается от здешних показателей. Здесь же происходит нагрев воздуха до 0-1 градуса по Цельсию. В нижних слоях стратосферы постоянно летают самолеты.

Нахождение на этой высоте гарантирует отсутствие зон турбулентности и делает движение более простым, благодаря разреженности воздуха.Но в какой-то момент разреженность становится столь высока, что нахождение в этом слое атмосферы более невозможно из-за нехватки притока воздуха для двигателей. Поэтому стратосфера излюбленное место боевых самолетов и метеорологических зондов, которые собирают данные об изменениях тропосферы.

Что удивительно, на такой высоте все еще могут выживать живые организмы. Наиболее часто встречается аэропланктон, но были случаи, когда в турбины самолета попадали разновидности грифов, а некоторые утки могут летать над Эверестом.

Стратопауза

Очередной промежуточный слой, в котором окружающая температура застывает на отметке в 0 градусов по Цельсию.

Озоновый слой

Атмосферные слои земли содержат в себе и «защитника» всего живого, о котором уже говорилось выше. Находится он именно между страто- и мезосферой.

Мезосфера

Самая опасная и малоизученная часть атмосферы. А всему виной чрезвычайно малое давление и разреженность воздуха. Воздушные шары перестают двигаться, оставаясь висеть на месте, реактивные самолеты становятся бесполезными из-за отсутствия аэродинамики. Полеты остаются возможными лишь для ракет и раекетопланов. Даже спутники не могут надолго задерживаться в этом слое атмосферы, часто они просто сгорают здесь.Именно поэтому, о мезосфере практически ничего не известно, кроме того, что в этом слое сгорает большинство падающих на землю метеоритов.

Мезопауза

Переходный слой атмосферы с температурой воздуха порядка -90 градусов.

Линия Кармана

Условная граница между космосом и атмосферой, находящаяся на высоте 100 км над уровнем моря.

Термосфера

Слой, начинающийся на отметке линии Кармана и заканчивающийся на 800 км. Отличается чрезвычайно высокими температурами, порядка 1600 градусов по Цельсию. Подобная температура не испепеляет космические шаттлы лишь по двум причинам: 1) чрезвычайно малая концентрация воздуха, создающая эффект вакуума; 2) радиаторы, которыми оснащены все летающие аппараты. Они помогают избавляться от избытка энергии.

Термопауза

Граница термосферы, в которой практически отсутствует поглощение солнечного излучения, и температура перестает меняться в зависимости от изменения высоты.

Экзосфера

На этом слои атмосферы заканчиваются, а происходит это на высоте 800 километров, где атмосфера состоит из атомов водорода, ионизированных под воздействием солнечного излучения. Как результат, чрезвычайная разреженность и низкое давление. Огромные размеры этого слоя перетекают в корону Земли, растянутую на 100 тысяч километров от планеты.

Свойства атмосферы земли и их влияние на человека

Какой из атмосферных слоев ближе к земле, мы уже разобрались, а вот с влиянием атмосферы на человека, все еще не до конца понятно. Если человек поднимется на высоту более 5 километров, то произойдет кислородное голодание, особенно заметно оно будет у человека, поднявшегося на такую высоту без предварительных тренировок. Как итог – работоспособность и общее самочувствие серьезно ухудшатся. А дыхание станет невозможным уже после 9 км, несмотря на то, что кислород содержится вплоть до 115 км.

Если же преодолеть границу высоты в 20 км, то вода и межтканевые жидкости в теле человека станут закипать, что практически мгновенно приведет к смерти. Определение «космос», где человек не может находиться без специальных приспособлений, начинается уже с 15 км.Тропосфера и стратосфера носят защитные функции и предотвращают попадание радиации на Землю. Если бы их не было, то ультрафиолетовый спектр, находящийся на высоте 40 км, воздействовал бы на человека и на поверхности Земли, что неизбежно привело бы к смерти всех разумных существ.

Если подняться выше отметки в 60 км, то все привычные явления, например, распространение звука, аэродинамика, теплообмен и так далее, прекратятся, из-за того, что они могут происходить лишь в нижних слоях атмосферы.

А поднявшись выше 100 километров, становится невозможно передать тепло любым способом, кроме теплового излучения. Так как различные аппараты космических кораблей, самолетов и так далее, более не охлаждаются изнутри, что ведет к бесполезности воздушных радиаторов.

А что с облаками?

Главная составляющая нашей Земли и причина появления всего живого – атмосфера, но в то же время, ее появление было бы невозможно, без влияния водной поверхности планеты. Вода находится, как в морях, океанах и реках, так и в воздухе. Примерно 5.2 * 10^15 кг воды размещено в атмосфере. Это и водяной пар, и газ, и ледяные кристаллы. Наибольшая концентрация содержится в облаках. Из-за своего огромного размера, облака могут содержать сотни тонн воды.

Подобные образования видны из космоса даже невооруженным взглядом. А все из-за того, что более половины поверхности Земли покрыто облаками. Между прочим, они влияют на теплообмен планеты. В зимнее время происходит поглощение солнечных лучей и за счет парникового эффекта, температура планеты повышается. А летом, огромная энергия Солнца блокируется лишь благодаря наличию облаков.

Стоит сказать, что именно из-за того, что в пустынях они отсутствуют, все накопленное за день тепло, так быстро улетучивается с поверхности планеты. В других же регионах, именно облака способствуют нормализации температуры в ночное время суток.

Большинство видов облаков формируется в тропосфере, но далее происходит бурное развитие, породившее целую классификацию этих загадочных образований. Метеорологи предсказывают по ним погоду, а также определяют количество примесей того или иного газа в воздухе.

Проблема загрязнения атмосферы

Хоть человек и оказывает минимальное влияние на планету в целом, но нельзя не отметить, чрезвычайно увеличение количества углекислого газа в последнее время, которое происходит из-за активного сжигания запасов углеводородного топлива, копившегося веками в результате отмирания других живых организмов.

Углекислый газ поглощается океанами и участвует в процессе фотосинтеза, но все равно лишь за последний век, его количество увеличилось на 10 процентов и если темпы не будут снижены, то это может привести к серьезным изменениям мирового климата.

К тому же, происходит аэрозольное загрязнение, возникающие в результате извержения вулканов, пылевых бурь и уноса пыльцы растений, но есть и искусственные причины, созданные человеком. Сжигание топлива, использование цемента, добыча полезных ископаемых. Возможно, именно вынос твердых частиц в атмосферу Земли и окажет решающее влияние на изменение планетарного климата.

Похожие новости:

Не забывайте делиться. Спасибо.

cosmosplanet.ru

Планета Земля » Атмосфера

Атмосфера Меркурия так сильно разрежена, что, можно сказать, её практически нет. Воздушная оболочка Венеры состоит из углекислого газа (96%) и азота (около 4%), она очень плотная — атмосферное давление у поверхности планеты почти в 100 раз больше, чем на Земле. Марсианская атмосфера тоже состоит преимущественно из углекислого газа (95%) и азота (2,7%), но её плотность [...]

Ливни и моросящие дожди, пушистый лёгкий снег и обильные снегопады, град и капли росы, густые туманы и кристаллики изморози на ветках деревьев — вот что такое атмосферные осадки. Это вода в твёрдом или жидком состоянии, которая выпадает из облаков или осаждается на поверхности Земли, а также на различных предметах непосредственно из воздуха в результате конденсации [...]

ГРОЗА.Всем знакома такая картина: в жаркий летний день, во второй половине дня, вдруг свинцом наливаются тучи, темнеет небо, неожиданно налетает шквалистый ветер, сверкает молния, гремит гром и вслед за первыми крупными каплями дождя начинается сильнейший ливень, иногда с градом. Конечно, это гроза — самое мощное и яркое проявление атмосферного электричества.Грозы чаще возникают в горах и [...]

Давление, температура и плотность - важнейшие характеристики любого газа, в том числе и воздуха, составляющего атмосферу.Любой газ, заключённый в сосуд, давит на его стенки. Это происходит потому, что молекулы газа двигаются и создают давление — действуют с определённой силой на стенки сосуда. Когда температура повышается, а объём газа не меняется, скорость движения молекул увеличивается и [...]

Воздушная оболочка, которая окружает нашу планету и вращается вместе с ней, называется атмосферой. Половина всей массы атмосферы сосредоточена в нижних 5 км, а три четверти массы — в нижних 10 км. Выше воздух значительно разрежен, хотя его частицы обнаруживаются на высоте 2000-3000 км над земной поверхностью.Воздух, которым мы дышим, это смесь газов. Больше всего в [...]

zemlj.ru

Атмосфера - Планета Земля

Главная » Атмосфера
Наша планета окружена обширной атмосферой. В соответствии с температурой составом и физическими свойствами атмосферы можно разделить на разные слои . Тропосфера - это область, лежащая между поверхностью Земли и высотой в 11 км. Это довольно толстый и густой слой, содержащий большую часть водяных паров, находящихся в воздухе. В ней имеют место почти все атмосферные явления, которые непосредственно интересуют жителей Земли. В тропосфере находятся облака, атмосферные осадки и т. д. Слой отделяющий тропосферу от следующего атмосферного слоя - стратосферы, называется тропопауза. Это область весьма низких температур. 

Состав стратосферы такой же, как и тропосферы, но в ней возникает и концентрируется озон.Ионосфера, то есть ионизированный слой воздуха, образуется как в тропосфере, ... Читать дальше »

Зона тундры охватывает в основном материковые побережья Северного Ледовитого океана и некоторые острова близ Антарктиды. На севере Европы она тянется узкой полосой на восток от Скандинавского п-ова, расширяясь в Сибири на п-ове Таймыр до 500 км. В Северной Америке тундра захватывает Аляску, а на о-ве Ньюфаундленд опускается к югу до 52° с. ш.В тундре ненамного теплее, чем в соседней ледяной зоне. Средняя годовая температура здесь ниже нуля, а общее количество солнечного тепла, поглощаемого землей, вдвое меньше, чем в зонах умеренного пояса. Лето в тундре короткое (2—3 месяца), холодное, с частыми заморозками и большим количеством облачных дней. Зима длится очень долго, лютые морозы сковывают землю на протяжении 7—8 месяцев. На равнинных пространствах тундры, лишенных древесной растительности, свирепствуют сильные ве ... Читать дальше »

В приэкваториальных поясах северного и южного полушарий располагаются тропические степи — саванны (от испанского «сабана» — дикая равнина). В Африке, на Бразильском нагорье в Южной Америке и на севере Австралии они занимают огромные пространства.Климат саванн — тропический. Здесь очень четко выражены два сезона — сухой и влажный. В связи с этим вся жизнь природы подчинена определенному ритму.В сухой период жара достигает 50°. В это время саванна производит унылое впечатление: пожелтевшие и засохшие травы, лишенные листвы деревья, красно-бурая, растрескавшаяся почва, отсутствие видимых признаков жизни.

... Читать дальше »

Когда мы выходим из дома, нас всегда интересует, какая сегодня погода. Если, занятые своими мыслями, мы не замечаем погоды, она настойчиво напоминает о себе. Погода — наш вечный спутник, но какой капризный и непостоянный!С далеких времен люди пытались объяснить, почему меняется погода, как возникают грозные ураганы, ливни, метели и какие силы их создают? Ответ на эти вопросы дает метеорология1 —наука, изучающая явления в воздушной оболочке земного шара (атмосфере).

Мы живем на дне воздушного океана. Окружающий нас воздух так прозрачен и легок, что до XVII в. в науке господствовало убеждение в его невесомости.В 1640 г. в Италии герцог Тосканский решил устроить фонтан на террасе своего дворца. Для подачи воды из озера был построен насос большой длины, каких до этого еще не строили. Но оказалось, что насос не работает — вода в нем поднималась только до 10,3 м над уровнем водоема.Никто не мог объяснить, в чем тут дело, пока ученик Галилея — Э. Торичелли не высказал мысль, что вода в насосе поднимается под действием тяжести атмосферы, которая давит на поверхность озера. Столб воды высотой в 10,3 м в точности уравновешивает это давление, и поэтому выше вода не поднимается. Торичелли взял стеклянную трубку с одним запаянным концом и другим открытым и заполнил ее ртутью. Потом он ... Читать дальше »

Долгое время люди могли судить о свойствах воздушного океана только по наблюдениям с земли. По-настоящему проникать в его тайны наука стала, когда изобрели средства для подъема измерительных приборов в верхние слои атмосферы.Из опыта горных восхождений и первых подъемов воздушных шаров стало известно, что температура воздуха понижается с высотой. Именно поэтому даже в разгар лета в жарких тропических странах вершины высоких гор одеты сверкающими вечными снегами. Было установлено, что температура воздуха понижается на каждый километр подъема в среднем на 5—6°. В отдельных слоях атмосферы и в отдельные дни это понижение температуры может быть больше или меньше. Иногда даже встречаются слои, в которых температура повышается с высотой: такое явление назвали инверсией или поворотом хода температуры. Заметили также, что очен ... Читать дальше »

Почему же атмосфера делится на такие слои? Объясняется это рядом причин. Во-первых, плотность воздуха уменьшается с высотой. Во-вторых, солнечные лучи, несущие тепло, почти беспрепятственно проникают через атмосферу, нагревают земную поверхность и уже от нее тепло распространяется вверх на всю атмосферу. В-третьих, атмосфера все же поглощает часть солнечного излучения, особенно поток летящих от Солнца частиц, и поэтому верхние части атмосферы находятся под воздействием этого излучения, а нижние — защищены от них. И наконец, тепло в атмосфере распространяется двумя различными способами: перемешиванием воздуха и тепловым излучением его частиц. Причем в плотном воздухе преобладает первый способ, а в разреженном —второй.Тропосфера непосредственно соприкасается с нагревателем — земной поверхностью. Плотность воздуха в не ... Читать дальше »

 Воздушный океан находится в непрерывном движении. Оно порождает на земном шаре все явления погоды. Главная причина движения воздуха — неодинаковое распределение атмосферного давления. Атмосферное давление не остается всегда одним и тем же — оно непрерывно изменяется: то повышается, то понижается, редко, правда, отклоняясь более чем на 50 мб от своей средней величины 1013 мб (на уровне моря).

Постараемся выяснить, почему меняется давление и почему оно неодинаково над разными частями земного шара. Солнечные лучи неодинаково обогревают земной шар, так как они под разными углами падают на земную поверхность (см. стр. 222). Больше всего тепла получает экватор, меньше всего — полюсы. Поэтому тропический пояс играет роль постоянного нагревателя атмосферы — здесь больше тепла получается от Солнца, чем отдается в мировое пр ... Читать дальше »

В повседневной жизни мы замечаем вращение Земли только по смене дня и ночи. Между тем вращение земного шара вокруг своей оси оказывает отклоняющее действие на все движущиеся тела. Это отклоняющее действие становится заметным только при очень длительных движениях по инерции, без действия слишком мощной движущей силы. К этому роду движений можно отнести перемещение воздуха в атмосфере, так как силы разности давления очень невелики и частице воздуха приходится проделывать большой путь из одних областей земного шара в другие.Все направления на Земле мы привыкли определять по сторонам горизонта (на юг, на север и т. д.) и забываем о вращении меридианов и параллелей вместе с Землей. Наиболее наглядно это видно на полюсе, вокруг которого меридианы вращаются, как спицы вокруг оси колеса.Посмотрите на рисунок. Представим ... Читать дальше »

Воздух не может двигаться прямо от высокого давления к низкому из-за отклоняющей силы. Поэтому обмен теплом и холодом между различными частями земного шара сложен.Меньше всего отклоняющая сила вблизи экватора: поэтому здесь меньше и разности давления, которые быстро выравниваются потоками, направленными почти прямо от высокого давления к низкому. Приблизительно с шпроты 25—30° отклоняющая сила настолько велика, что такие прямые потоки становятся невозможными. Вблизи тропиков наверху получается скопление масс воздуха, поступающего сравнительно свободно от экватора, но не имеющего возможности передвигаться дальше к полюсам. Это скопление масс воздуха создает полосы повышенного давления вдоль тропиков в слое пять и более километров толщиной. Излишек поступающего наверх воздуха уравновешивается непрерывным оттоком ... Читать дальше »

ВСЕ ДЛЯ MINECRAFT!

Категории раздела

Статистика

planetearth.at.ua

Атмосфера Земли - это... Что такое Атмосфера Земли?

Это статья об атмосфере Земли, существуют другие значения термина Атмосфера Строение атмосферы

Атмосфе́ра (от. др.-греч. ἀτμός — пар и σφαῖρα — шар) — газовая оболочка (геосфера), окружающая планету Земля. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя граничит с околоземной частью космического пространства.

Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято называть физикой атмосферы. Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями климата — климатология.

Физические свойства

Толщина атмосферы — примерно 120 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха в атмосфере — (5,1—5,3)·1018 кг. Из них масса сухого воздуха составляет 5,1352 ±0,0003·1018 кг, общая масса водяных паров в среднем равна 1,27·1016 кг.

Молярная масса чистого сухого воздуха составляет 28,966 г/моль, плотность воздуха у поверхности моря приблизительно равна 1,2 кг/м3. Давление при 0 °C на уровне моря составляет 101,325 кПа; критическая температура — −140,7 °C; критическое давление — 3,7 МПа; Cp при 0 °C — 1,0048·103 Дж/(кг·К), Cv — 0,7159·103 Дж/(кг·К) (при 0 °C). Растворимость воздуха в воде (по массе) при 0 °C — 0,0036 %, при 25 °C — 0,0023 %.

За «нормальные условия» у поверхности Земли приняты: плотность 1,2 кг/м3, барометрическое давление 101,35 кПа, температура плюс 20 °C и относительная влажность 50 %. Эти условные показатели имеют чисто инженерное значение.

Строение атмосферы

Тропосфера

Её верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м

Тропопауза

Переходный слой от тропосферы к стратосфере, слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой.

Стратосфера

Слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Стратопауза

Пограничный слой атмосферы между стратосферой и мезосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место максимум (около 0 °C).

Мезосфера

Атмосфера Земли

Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом (0,25—0,3)°/100 м. Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов, колебательно возбуждённых молекул и т. д. обусловливают свечение атмосферы.

Мезопауза

Переходный слой между мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около —90 °C).

Линия Кармана

Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. В соответствии с определением ФАИ, линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем моря.

Граница атмосферы Земли

Принято считать, что граница атмосферы Земли и ионосферы находится на высоте 118 километров[1]. Это показывает анализ параметров движения высокоэнергетических частиц, перемещающихся в атмосфере и ионосфере.

Термосфера

Верхний предел — около 800 км. Температура растёт до высот 200—300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния») — основные области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород. Верхний предел термосферы в значительной степени определяется текущей активностью Солнца. В периоды низкой активности — например, в 2008—2009 гг — происходит заметное уменьшение размеров этого слоя[2].

Термопауза

Область атмосферы прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой.

Экзосфера (сфера рассеяния)

Атмосферные слои до высоты 120 км

Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежён, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °C в стратосфере до −110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200—250 км соответствует температуре ~150 °C. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.

На высоте около 2000—3500 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разрежёнными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные час­тицы кометного и метеорного происхождения. Кроме чрезвычайно разрежённых пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы — около 20 %; масса мезосферы — не более 0,3 %, термосферы — менее 0,05 % от общей массы атмосферы. На основании электрических свойств в атмосфере выделяют нейтросферу и ионосферу. В настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000—3000 км.

В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу. Гетеросфера — это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, так как их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже её лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы, называемая гомосфера. Граница между этими слоями называется турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км.

Физиологические и другие свойства атмосферы

Уже на высоте 5 км над уровнем моря у нетренированного человека появляется кислородное голодание и без адаптации работоспособность человека значительно снижается. Здесь кончается физиологическая зона атмосферы. Дыхание человека становится невозможным на высоте 9 км, хотя примерно до 115 км атмосфера содержит кислород.

Атмосфера снабжает нас необходимым для дыхания кислородом. Однако вследствие падения общего давления атмосферы по мере подъёма на высоту соответственно снижается и парциальное давление кислорода.

В лёгких человека постоянно содержится около 3 л альвеолярного воздуха. Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе при нормальном атмосферном давлении составляет 110 мм рт. ст., давление углекислого газа — 40 мм рт. ст., а паров воды — 47 мм рт. ст. С увеличением высоты давление кислорода падает, а суммарное давление паров воды и углекислоты в лёгких остаётся почти постоянным — около 87 мм рт. ст. Поступление кислорода в лёгкие полностью прекратится, когда давление окружающего воздуха станет равным этой величине.

На высоте около 19—20 км давление атмосферы снижается до 47 мм рт. ст. Поэтому на данной высоте начинается кипение воды и межтканевой жидкости в организме человека. Вне герметической кабины на этих высотах смерть наступает почти мгновенно. Таким образом, с точки зрения физиологии человека, «космос» начинается уже на высоте 15—19 км.

Плотные слои воздуха — тропосфера и стратосфера — защищают нас от поражающего действия радиации. При достаточном разрежении воздуха, на высотах более 36 км, интенсивное действие на организм оказывает ионизирующая радиация — первичные космические лучи; на высотах более 40 км действует опасная для человека ультрафиолетовая часть солнечного спектра.

По мере подъёма на всё большую высоту над поверхностью Земли постепенно ослабляются, а затем и полностью исчезают такие привычные для нас явления, наблюдаемые в нижних слоях атмосферы, как распространение звука, возникновение аэродинамической подъёмной силы и сопротивления, передача тепла конвекцией и др.

В разреженных слоях воздуха распространение звука оказывается невозможным. До высот 60—90 км ещё возможно использование сопротивления и подъёмной силы воздуха для управляемого аэродинамического полёта. Но начиная с высот 100—130 км знакомые каждому лётчику понятия числа М и звукового барьера теряют свой смысл: там проходит условная линия Кармана, за которой начинается область чисто баллистического полёта, управлять которым можно, лишь используя реактивные силы.

На высотах выше 100 км атмосфера лишена и другого замечательного свойства — способности поглощать, проводить и передавать тепловую энергию путём конвекции (т. е. с помощью перемешивания воздуха). Это значит, что различные элементы оборудования, аппаратуры орбитальной космической станции не смогут охлаждаться снаружи так, как это делается обычно на самолёте, — с помощью воздушных струй и воздушных радиаторов. На такой высоте, как и вообще в космосе, единственным способом передачи тепла является тепловое излучение.

История образования атмосферы

Согласно наиболее распространённой теории, атмосфера Земли во времени пребывала в трёх различных составах. Первоначально она состояла из лёгких газов (водорода и гелия), захваченных из межпланетного пространства. Это так называемая первичная атмосфера (около четырех миллиардов лет назад)[источник не указан 401 день]. На следующем этапе активная вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы и другими газами, кроме водорода (углекислым газом, аммиаком, водяным паром). Так образовалась вторичная атмосфера (около трех миллиардов лет[источник не указан 326 дней] до наших дней). Эта атмосфера была восстановительной. Далее процесс образования атмосферы определялся следующими факторами:

  • утечка легких газов (водорода и гелия) в межпланетное пространство;
  • химические реакции, происходящие в атмосфере под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и некоторых других факторов.

Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы, характеризующейся гораздо меньшим содержанием водорода и гораздо большим — азота и углекислого газа (образованы в результате химических реакций из аммиака и углеводородов).

Азот

Образование большого количества азота N2 обусловлено окислением аммиачно-водородной атмосферы молекулярным кислородом О2, который стал поступать с поверхности планеты в результате фотосинтеза, начиная с 3 млрд лет назад. Также азот N2 выделяется в атмосферу в результате денитрификации нитратов и других азотсодержащих соединений. Азот окисляется озоном до NO в верхних слоях атмосферы.

Азот N2 вступает в реакции лишь в специфических условиях (например, при разряде молнии). Окисление молекулярного азота озоном при электрических разрядах в малых количествах используется в промышленном изготовлении азотных удобрений. Окислять его с малыми энергозатратами и переводить в биологически активную форму могут цианобактерии (сине-зелёные водоросли) и клубеньковые бактерии, формирующие ризобиальный симбиоз с бобовыми растениями, т. н. сидератами.

Кислород

Состав атмосферы начал радикально меняться с появлением на Земле живых организмов, в результате фотосинтеза, сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа. Первоначально кислород расходовался на окисление восстановленных соединений — аммиака, углеводородов, закисной формы железа, содержавшейся в океанах и др. По окончании данного этапа содержание кислорода в атмосфере стало расти. Постепенно образовалась современная атмосфера, обладающая окислительными свойствами. Поскольку это вызвало серьёзные и резкие изменения многих процессов, протекающих в атмосфере, литосфере и биосфере, это событие получило название Кислородная катастрофа.

В течение фанерозоя состав атмосферы и содержание кислорода претерпевали изменения. Они коррелировали прежде всего со скоростью отложения органических осадочных пород. Так, в периоды угленакопления содержание кислорода в атмосфере, видимо, заметно превышало современный уровень.

Углекислый газ

Содержание в атмосфере СО2 зависит от вулканической деятельности и химических процессов в земных оболочках, но более всего — от интенсивности биосинтеза и разложения органики в биосфере Земли. Практически вся текущая биомасса планеты (около 2,4·1012 тонн[1]) образуется за счет углекислоты, азота и водяного пара, содержащихся в атмосферном воздухе. Захороненная в океане, в болотах и в лесах органика превращается в уголь, нефть и природный газ.

Благородные газы

Источник инертных газов — аргона, гелия и криптона — вулканические извержения и распад радиоактивных элементов. Земля в целом и атмосфера в частности обеднены инертными газами по сравнению с космосом. Считается, что причина этого заключена в непрерывной утечке газов в межпланетное пространство[источник не указан 326 дней].

Загрязнение атмосферы

В последнее время на эволюцию атмосферы стал оказывать влияние человек. Результатом его деятельности стал постоянный значительный рост содержания в атмосфере углекислого газа из-за сжигания углеводородного топлива, накопленного в предыдущие геологические эпохи. Громадные количества СО2 потребляются при фотосинтезе и поглощаются мировым океаном. Этот газ поступает в атмосферу благодаря разложению карбонатных горных пород и органических веществ растительного и животного происхождения, а также вследствие вулканизма и производственной деятельности человека. За последние 100 лет содержание СО2 в атмосфере возросло на 10 %, причём основная часть (360 млрд тонн) поступила в результате сжигания топлива. Если темпы роста сжигания топлива сохранятся, то в ближайшие 200—300 лет количество СО2 в атмосфере удвоится и может привести к глобальным изменениям климата.

Сжигание топлива — основной источник и загрязняющих газов (СО, NO, SO2). Диоксид серы окисляется кислородом воздуха до SO3 в верхних слоях атмосферы, который в свою очередь взаимодействует с парами воды и аммиака, а образующиеся при этом серная кислота (Н2SO4) и сульфат аммония ((Nh5)2SO4) возвращаются на поверхность Земли в виде т. н. кислотных дождей. Использование двигателей внутреннего сгорания приводит к значительному загрязнению атмосферы оксидами азота, углеводородами и соединениями свинца (тетраэтилсвинец Pb(Ch4Ch3)4)).

Аэрозольное загрязнение атмосферы обусловлено как естественными причинами (извержение вулканов, пыльные бури, унос капель морской воды и пыльцы растений и др.), так и хозяйственной деятельностью человека (добыча руд и строительных материалов, сжигание топлива, изготовление цемента и т. п.). Интенсивный широкомасштабный вынос твёрдых частиц в атмосферу — одна из возможных причин изменений климата планеты.

См. также

Примечания

Ссылки

Литература

  1. В. В. Парин, Ф. П. Космолинский, Б. А. Душков «Космическая биология и медицина» (издание 2-е, переработанное и дополненное), М.: «Просвещение», 1975, 223 стр.
  2. Н. В. Гусакова «Химия окружающей среды», Ростов-на-Дону: Феникс, 2004, 192 с ISBN 5-222-05386-5
  3. Соколов В. А. Геохимия природных газов, М., 1971;
  4. МакИвен М., Филлипс Л. Химия атмосферы, М., 1978;
  5. Уорк K., Уорнер С. Загрязнение воздуха. Источники и контроль, пер. с англ., М.. 1980;
  6. Мониторинг фонового загрязнения природных сред. в. 1, Л., 1982.

veter.academic.ru