Lapisan atmosfer, struktur lapisan atmosfer. Lapisan atmosfer

Atmosfer adalah campuran dari berbagai gas. Itu memanjang dari permukaan bumi ke ketinggian 900 km, melindungi planet dari spektrum radiasi matahari yang berbahaya, dan mengandung gas yang diperlukan untuk semua kehidupan di planet ini. Atmosfer mempertahankan panas matahari, memanaskan udara di dekat permukaan bumi dan menciptakan iklim yang menguntungkan.

Komposisi atmosfer

Atmosfer bumi terutama terdiri dari dua gas - nitrogen (78%) dan oksigen (21%). Selain itu, mengandung kotoran karbon dioksida dan gas lainnya. di atmosfer ada dalam bentuk uap, tetesan kelembaban di awan dan kristal es.

Lapisan atmosfer

Atmosfer terdiri dari banyak lapisan, di antaranya tidak ada batas yang jelas. Suhu lapisan yang berbeda sangat berbeda satu sama lain.

Magnetosfer tanpa udara. Di sini sebagian besar satelit Bumi terbang di luar atmosfer bumi. Eksosfer (450-500 km dari permukaan). Hampir tidak mengandung gas. Beberapa satelit cuaca terbang di eksosfer. Termosfer (80–450 km) ditandai oleh suhu tinggi yang mencapai 1700 ° C di lapisan atas. Mesosphere (50-80 km). Di daerah ini jatuh karena ketinggian meningkat. Di sinilah sebagian besar meteorit (fragmen batuan luar angkasa) yang masuk ke atmosfer terbakar. Stratosfer (15-50 km). Ini mengandung ozon, yaitu, lapisan ozon yang menyerap radiasi ultraviolet matahari. Ini mengarah pada peningkatan suhu di dekat permukaan Bumi. Pesawat jet biasanya terbang di sini karena visibilitas kata ini sangat baik dan hampir tidak ada gangguan karena kondisi cuaca. Troposfer. Ketinggian bervariasi dari 8 hingga 15 km dari permukaan bumi. Di sinilah cuaca planet ini terbentuk, seperti di lapisan ini mengandung paling banyak uap air, debu, dan angin. Suhunya berkurang dengan jarak dari permukaan bumi.

Tekanan atmosfer

Meskipun kita tidak merasakan ini, lapisan atmosfer memberi tekanan pada permukaan Bumi. Tekanan atmosfer tertinggi ada di dekat permukaan, dan saat bergerak menjauh darinya, secara bertahap berkurang. Itu tergantung pada suhu daratan dan lautan, dan karena itu di daerah dengan ketinggian yang sama di atas permukaan laut, sering ada tekanan yang berbeda. Tekanan rendah membawa cuaca basah, dan ketika tekanan tinggi biasanya membuat cuaca cerah.

Pergerakan massa udara di atmosfer

Perubahan suhu dan tekanan menyebabkan atmosfer bercampur di lapisan bawah atmosfer. Ini adalah bagaimana angin bertiup dari daerah bertekanan tinggi ke daerah rendah. Di banyak daerah, ada angin lokal yang disebabkan oleh perubahan suhu darat dan laut. Pegunungan juga memiliki pengaruh yang signifikan terhadap arah angin.

Efek rumah kaca

Karbon dioksida dan gas lain yang merupakan bagian dari atmosfer bumi, mempertahankan panas matahari. Proses ini disebut efek rumah kaca, karena dalam banyak hal mengingatkan sirkulasi panas di rumah kaca. Efek rumah kaca memerlukan pemanasan global  di planet ini. Di daerah bertekanan tinggi - antiklon - cuaca cerah. Di daerah bertekanan rendah - siklon - biasanya ada cuaca yang tidak stabil. Panas dan cahaya memasuki atmosfer. Gas memerangkap panas yang dipantulkan dari permukaan bumi, sehingga menyebabkan kenaikan suhu di Bumi.

Di stratosfer, ada lapisan ozon khusus. Ozon menahan sebagian besar radiasi ultraviolet Matahari, melindungi Bumi dan semua kehidupan di atasnya. Para ilmuwan telah menemukan bahwa penyebab kehancuran lapisan ozon adalah gas klorofluorokarbon khusus yang terkandung dalam beberapa aerosol dan peralatan pendingin. Di atas Kutub Utara dan Antartika, lubang besar ditemukan di lapisan ozon, berkontribusi pada peningkatan jumlah radiasi ultraviolet yang bekerja di permukaan Bumi.

Ozon terbentuk di atmosfer yang lebih rendah sebagai hasil dari reaksi kimia antara radiasi matahari dan berbagai asap dan gas buang. Biasanya menyebar melalui atmosfer, tetapi jika lapisan dingin yang tertutup terbentuk di bawah lapisan udara hangat, terjadi ozon dan kabut asap. Sayangnya, ini tidak bisa mengimbangi hilangnya ozon di lubang ozon.

Foto satelit jelas menunjukkan lubang di lapisan ozon di Antartika. Ukuran lubang bervariasi, tetapi para ilmuwan percaya bahwa lubang itu terus meningkat. Upaya sedang dilakukan untuk mengurangi tingkat gas buangan di atmosfer. Polusi udara harus dikurangi dan bahan bakar tanpa asap harus digunakan di kota-kota. Asap menyebabkan iritasi mata dan tersedak pada banyak orang.

Munculnya dan evolusi atmosfer Bumi

Atmosfer Bumi yang modern adalah hasil dari perkembangan evolusi yang panjang. Itu muncul sebagai akibat dari aksi bersama faktor-faktor geologis dan aktivitas vital organisme. Sepanjang sejarah geologisnya, atmosfer bumi telah mengalami beberapa rekonstruksi mendalam. Berdasarkan data geologis dan teoretis (prasyarat, atmosfer murni Bumi muda, yang ada sekitar 4 miliar tahun yang lalu, dapat terdiri dari campuran gas inert dan mulia dengan sedikit tambahan nitrogen pasif (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993) Saat ini, pandangan tentang komposisi dan struktur atmosfer awal telah agak berubah. Atmosfir primer (protoatmosphere) pada tahap protoplanetia paling awal. Berusia 4,2 miliar tahun, dapat terdiri dari campuran metana, amonia dan batubara Sebagai hasil dari degassing mantel dan proses pelapukan aktif yang terjadi di permukaan bumi, uap air, senyawa karbon dalam bentuk CO 2 dan CO, sulfur dan senyawanya, serta asam halogen yang kuat - HCI, HF, HI dan asam borat, mulai memasuki atmosfer. ditambah dengan metana, amonia, hidrogen, argon, dan beberapa gas mulia lainnya di atmosfer. Atmosfer utama ini sangat tipis. Oleh karena itu, suhu di permukaan bumi mendekati suhu kesetimbangan radiasi (A. S. Monin, 1977).

Seiring waktu, komposisi gas atmosfer utama di bawah pengaruh pelapukan batuan yang menonjol di permukaan bumi, aktivitas cyanobacteria dan ganggang biru-hijau, proses vulkanik dan aksi sinar matahari mulai berubah. Hal ini menyebabkan penguraian metana menjadi hidrogen dan karbon dioksida, amonia - menjadi nitrogen dan hidrogen; karbon dioksida, yang perlahan turun ke permukaan bumi, dan nitrogen mulai menumpuk di atmosfer sekunder. Karena aktivitas ganggang biru-hijau, dalam proses fotosintesis, oksigen diproduksi, yang, pada awalnya, terutama dihabiskan untuk “oksidasi gas atmosfer, dan kemudian batuan. Dalam hal ini, amonia, teroksidasi menjadi nitrogen molekul, mulai terakumulasi secara intensif di atmosfer. Diasumsikan bahwa sejumlah besar nitrogen di atmosfer modern adalah peninggalan. Metana dan karbon monoksida dioksidasi menjadi karbon dioksida. Belerang dan hidrogen sulfida dioksidasi menjadi SO 2 dan SO 3, yang, karena mobilitas dan ringannya yang tinggi, dengan cepat melarikan diri dari atmosfer. Dengan demikian, atmosfer dari reduksi, seperti di Archean dan Early Proterozoic, secara bertahap berubah menjadi oksidasi.

Karbon dioksida masuk ke atmosfer sebagai hasil dari oksidasi metana, dan sebagai akibat dari degassing mantel dan pelapukan batuan. Jika semua karbon dioksida yang dilepaskan dalam seluruh sejarah Bumi disimpan di atmosfer, tekanan parsialnya sekarang bisa sama dengan di Venus (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Tetapi di Bumi ada proses terbalik. Sebagian besar karbon dioksida dari atmosfer dilarutkan dalam hidrosfer, di mana ia digunakan oleh hydrobionts untuk membangun cangkangnya dan dikonversi menjadi karbonat dengan cara biogenik. Kemudian, strata karbonat kemogenik dan organogenik yang paling kuat terbentuk.

Oksigen masuk ke atmosfer dari tiga sumber. Untuk waktu yang lama, mulai dari saat kemunculan Bumi, itu dilepaskan selama degassing mantel dan terutama dihabiskan untuk proses oksidasi.sumber oksigen lainnya adalah fotodisosiasi uap air oleh radiasi matahari ultraviolet yang keras. Penampilan; oksigen bebas di atmosfer menyebabkan kematian sebagian besar prokariota, yang hidup dalam kondisi berkurang. Organisme prokariotik telah mengubah habitatnya. Mereka meninggalkan permukaan bumi hingga ke kedalamannya dan daerah-daerah di mana kondisi pemulihan masih tersisa. Mereka digantikan oleh eukariota, yang mulai dengan penuh semangat mengubah karbon dioksida menjadi oksigen.

Selama Archaean dan bagian penting dari Proterozoikum, hampir semua oksigen yang muncul: abiogenik dan biogenik, terutama dihabiskan untuk oksidasi besi dan belerang. Pada akhir Proterozoikum, semua besi besi metalik, yang berada di permukaan bumi, entah teroksidasi atau pindah ke inti bumi. Ini mengarah pada fakta bahwa tekanan parsial oksigen di atmosfer Proterozoikum Awal berubah.

Di tengah Proterozoikum, konsentrasi oksigen di atmosfer mencapai titik Yuri dan 0,01% dari tingkat saat ini. Sejak saat ini, oksigen mulai menumpuk di atmosfer dan, mungkin, pada akhir Riphean, kandungannya mencapai titik Pasteur (0,1% dari tingkat saat ini). Mungkin, dalam periode Vendian, lapisan ozon muncul dan tidak pernah hilang dalam periode waktu ini.

Munculnya oksigen bebas di atmosfer bumi merangsang evolusi kehidupan dan menyebabkan munculnya bentuk-bentuk baru dengan metabolisme yang lebih sempurna. Jika sebelumnya, alga dan cyaneas eukariotik uniseluler, yang muncul pada awal Proterozoikum, hanya membutuhkan 10 -3 konsentrasi oksigen dalam air, maka dengan munculnya Metazoa bebas-kerangka pada akhir Vendian awal, yaitu sekitar 650 juta tahun yang lalu, konsentrasi oksigen di atmosfer harus jauh lebih tinggi. Bagaimanapun, Metazoa menggunakan respirasi oksigen dan untuk ini diperlukan tekanan parsial oksigen mencapai tingkat kritis - titik Pasteur. Dalam hal ini, proses fermentasi anaerob digantikan oleh metabolisme oksigen yang lebih energetik dan progresif.

Setelah itu, akumulasi oksigen lebih lanjut di atmosfer bumi terjadi dengan cukup cepat. Peningkatan progresif dalam volume ganggang biru-hijau berkontribusi pada pencapaian di atmosfer tingkat oksigen yang diperlukan untuk keberlangsungan dunia hewan. Stabilisasi tertentu dari kandungan oksigen di atmosfer terjadi sejak saat tanaman mencapai tanah - sekitar 450 juta tahun yang lalu. Munculnya tanaman di darat, yang terjadi pada periode Silurian, menyebabkan stabilisasi akhir tingkat oksigen di atmosfer. Sejak saat ini, konsentrasinya mulai berfluktuasi dalam batas yang agak sempit, tidak pernah melampaui kerangka keberadaan kehidupan. Konsentrasi oksigen penuh di atmosfer telah stabil sejak munculnya tanaman berbunga. Peristiwa ini terjadi di tengah-tengah Cretaceous, yaitu sekitar 100 juta tahun yang lalu.

Sebagian besar nitrogen terbentuk pada tahap awal perkembangan Bumi, terutama karena penguraian amonia. Dengan munculnya organisme, proses pengikatan nitrogen atmosfer menjadi bahan organik dan dimakamkan di sedimen laut dimulai. Setelah pelepasan organisme di darat, nitrogen dimakamkan di sedimen benua. Pengolahan nitrogen gratis telah meningkat terutama dengan munculnya tanaman darat.

Pada pergantian cryptozoic dan Phanerozoic, yaitu, sekitar 650 juta tahun yang lalu, kandungan karbon dioksida di atmosfer menurun hingga sepersepuluh persen, dan kandungan yang mendekati tingkat saat ini, baru tercapai, sekitar 10-20 juta tahun. lalu

Dengan demikian, komposisi gas atmosfer tidak hanya menyediakan organisme dengan ruang hidup, tetapi juga menentukan kekhasan aktivitas vital mereka, mendorong pemukiman kembali dan evolusi. Gangguan yang dihasilkan dalam distribusi komposisi gas atmosfer yang menguntungkan bagi organisme, karena penyebab kosmik dan planet, menyebabkan kepunahan massal dunia organik, yang berulang kali terjadi selama cryptozoa dan pada titik-titik tertentu dalam sejarah Phanerozoikum.

Fungsi etnosfer atmosfer

Atmosfer bumi menyediakan zat, energi, dan menentukan arah dan kecepatan proses metabolisme yang diperlukan. Komposisi gas dari atmosfer modern optimal untuk keberadaan dan pengembangan kehidupan. Sebagai area pembentukan cuaca dan iklim, atmosfer harus menciptakan kondisi yang nyaman bagi kehidupan manusia, hewan, dan tumbuh-tumbuhan. Penyimpangan dalam satu arah atau yang lain sebagai kondisi udara dan cuaca atmosfer menciptakan kondisi ekstrem untuk aktivitas kehidupan hewan dan tumbuhan, termasuk bagi manusia.

Atmosfer bumi tidak hanya menyediakan kondisi bagi keberadaan umat manusia, menjadi faktor utama dalam evolusi etnosfer. Pada saat yang sama, itu menjadi sumber energi dan bahan baku untuk produksi. Secara umum, atmosfer adalah faktor yang menjaga kesehatan manusia, dan beberapa daerah, karena kondisi fisik-geografis dan kualitas udara, berfungsi sebagai area rekreasi dan merupakan area yang ditujukan untuk perawatan resor sanatorium dan rekreasi orang. Dengan demikian, atmosfer merupakan faktor dampak estetika dan emosional.

Fungsi etnosfer dan teknosfer atmosfer, yang didefinisikan baru-baru ini (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), memerlukan penelitian independen dan mendalam. Jadi, studi fungsi atmosfer energik sangat topikal baik dalam hal terjadinya dan operasi proses yang merusak lingkungan, dan dalam hal dampaknya terhadap kesehatan manusia dan kesejahteraan. Dalam hal ini, kita berbicara tentang energi siklon dan antiklon, vortisitas atmosfer, tekanan atmosfer, dan fenomena atmosfer ekstrem lainnya, penggunaan efektifnya yang akan berkontribusi pada solusi sukses masalah memperoleh sumber energi alternatif yang tidak mencemari lingkungan. Bagaimanapun, lingkungan udara, khususnya bagian itu, yang terletak di atas Samudra Dunia, adalah area pelepasan sejumlah besar energi bebas.

Sebagai contoh, telah ditetapkan bahwa siklon tropis dengan kekuatan sedang hanya melepaskan energi dalam sehari, setara dengan energi 500 ribu bom atom yang dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki. Selama 10 hari keberadaan topan semacam itu, energi dilepaskan, cukup untuk memenuhi semua kebutuhan energi negara seperti Amerika Serikat selama 600 tahun.

Dalam beberapa tahun terakhir, sejumlah besar karya para ilmuwan dalam ilmu alam telah diterbitkan, sampai batas tertentu terkait dengan berbagai aspek kegiatan dan pengaruh atmosfer pada proses bumi, yang menunjukkan intensifikasi interaksi interdisipliner dalam ilmu alam modern. Pada saat yang sama, peran pengintegrasian area-area tertentu dimanifestasikan, di antaranya arah fungsional-ekologis dalam geoekologi harus diperhatikan.

Arah ini merangsang analisis dan sintesis teoritis informasi tentang fungsi lingkungan dan peran planet dari berbagai geosfer, dan ini, pada gilirannya, merupakan prasyarat penting untuk pengembangan metodologi dan dasar ilmiah untuk studi holistik planet kita, penggunaan rasional dan perlindungan sumber daya alamnya.

Atmosfer bumi terdiri dari beberapa lapisan: troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfer, ionosfer, dan eksosfer. Di bagian atas troposfer dan bagian bawah stratosfer adalah lapisan yang diperkaya dalam ozon, yang disebut layar ozon. Menetapkan pola tertentu (harian, musiman, tahunan, dll.) Dalam distribusi ozon. Sejak awal, atmosfer mempengaruhi jalannya proses planet. Komposisi utama atmosfer benar-benar berbeda dari yang ada sekarang, tetapi seiring berjalannya waktu, proporsi dan peran nitrogen molekuler terus meningkat, oksigen bebas muncul sekitar 650 juta tahun yang lalu, jumlah yang terus meningkat, tetapi konsentrasi karbon dioksida menurun. Mobilitas atmosfer yang tinggi, komposisi gasnya, dan keberadaan aerosol menentukan perannya yang menonjol dan partisipasi aktif dalam berbagai proses geologis dan biosfer. Peran atmosfer sangat besar dalam redistribusi energi matahari dan pengembangan fenomena alam bencana dan bencana. Pusaran atmosfer - tornado, badai, topan, siklon, dan fenomena lainnya berdampak negatif pada dunia organik dan sistem alam. Sumber utama polusi bersama dengan faktor alam adalah berbagai bentuk kegiatan ekonomi manusia. Efek antropogenik di atmosfer diekspresikan tidak hanya dalam penampilan berbagai aerosol dan gas rumah kaca, tetapi juga dalam peningkatan jumlah uap air, dan dimanifestasikan dalam bentuk kabut asap dan hujan asam. Gas rumah kaca mengubah rezim suhu permukaan bumi, emisi beberapa gas mengurangi volume layar ozon dan berkontribusi pada terjadinya lubang ozon. Peran etnosfer atmosfer Bumi sangat luar biasa.

Peran atmosfer dalam proses alami

Atmosfer permukaan, karena keadaan peralihan antara litosfer dan luar angkasa dan komposisi gasnya, menciptakan kondisi untuk aktivitas vital organisme. Pada saat yang sama, pelapukan dan intensitas penghancuran batu, pengangkutan dan akumulasi material detrital tergantung pada jumlah, sifat dan frekuensi curah hujan, pada frekuensi dan kekuatan angin dan terutama pada suhu udara. Atmosfer adalah komponen utama dari sistem iklim. Suhu dan kelembaban udara, awan, dan curah hujan, angin - semua ini mencirikan cuaca, yaitu keadaan atmosfer yang terus berubah. Pada saat yang sama, komponen yang sama ini juga mencirikan iklim, yaitu, pola cuaca jangka panjang rata-rata.

Komposisi gas, keberadaan awan dan berbagai pengotor, yang disebut partikel aerosol (abu, debu, partikel uap air), menentukan kekhasan aliran radiasi matahari melalui atmosfer dan menghalangi kepergian radiasi termal Bumi ke ruang angkasa.

Atmosfer Bumi sangat mobile. Proses dan perubahan komposisi gas, ketebalan, awan, transparansi, dan keberadaan partikel aerosol tertentu di dalamnya memengaruhi cuaca dan iklim.

Tindakan dan arah proses alami, serta kehidupan dan aktivitas di Bumi, ditentukan oleh radiasi matahari. Ini memberikan 99,98% dari panas yang masuk ke permukaan bumi. Setiap tahun 134 * 1019 kkal. Jumlah panas ini dapat diperoleh dengan membakar 200 miliar ton batubara. Pasokan hidrogen, yang menciptakan aliran energi termonuklir ini dalam massa Matahari, cukup untuk setidaknya 10 miliar tahun lagi, yaitu untuk jangka waktu dua kali lebih besar dari keberadaan planet kita sendiri.

Sekitar 1/3 dari jumlah total energi matahari yang memasuki batas atas atmosfer dipantulkan kembali ke ruang dunia, 13% diserap oleh lapisan ozon (termasuk hampir semua radiasi ultraviolet),. 7% - sisa atmosfer dan hanya 44% yang mencapai permukaan bumi. Total radiasi matahari yang mencapai Bumi dalam 24 jam sama dengan energi yang diterima umat manusia sebagai hasil pembakaran semua jenis bahan bakar selama milenium terakhir.

Jumlah dan sifat distribusi radiasi matahari pada permukaan bumi sangat tergantung pada kekeruhan dan transparansi atmosfer. Ketinggian matahari di atas cakrawala, transparansi atmosfer, kandungan uap air, debu, total karbon dioksida, dll., Memengaruhi jumlah radiasi difus.

Jumlah maksimum radiasi difus jatuh ke daerah kutub. Semakin rendah matahari di atas cakrawala, semakin sedikit panas yang datang ke daerah ini.

Yang sangat penting adalah transparansi atmosfer dan kekeruhan. Pada hari musim panas yang berawan, biasanya lebih dingin daripada di hari yang cerah, karena awan siang hari mencegah permukaan bumi dari pemanasan.

Peran besar dalam distribusi panas dimainkan oleh debu atmosfer. Debu halus dan partikel abu di dalamnya, memengaruhi transparansi, memengaruhi distribusi radiasi matahari, yang sebagian besar tercermin. Partikel halus memasuki atmosfer dalam dua cara: ini adalah abu yang dipancarkan selama letusan gunung berapi, atau debu gurun yang dibawa oleh angin dari daerah tropis dan subtropis yang kering. Terutama banyak debu seperti itu terbentuk pada periode kekeringan, ketika dibawa oleh aliran udara hangat ke lapisan atas atmosfer dan mampu tinggal di sana untuk waktu yang lama. Setelah letusan gunung berapi Krakatau pada tahun 1883, debu yang dipancarkan puluhan kilometer ke atmosfer berada di stratosfer selama sekitar 3 tahun. Akibat letusan gunung berapi El Chichon (Meksiko) pada tahun 1985, debu mencapai Eropa, dan karenanya ada sedikit penurunan suhu permukaan.

Atmosfer bumi mengandung sejumlah uap air yang bervariasi. Secara absolut, berdasarkan massa atau volume, jumlahnya mulai dari 2 hingga 5%.

Uap air, seperti karbon dioksida, meningkatkan efek rumah kaca. Di awan dan kabut yang terjadi di atmosfer, proses fisikokimia aneh terjadi.

Sumber utama uap air ke atmosfer adalah permukaan lautan. Lapisan air dengan ketebalan 95 hingga 110 cm menguap setiap tahun darinya. Sebagian uap air kembali ke lautan setelah kondensasi, dan yang lain dikirim melalui aliran udara menuju benua. Di daerah-daerah dengan iklim lembab variabel, curah hujan melembabkan tanah, dan di daerah lembab itu menciptakan cadangan air tanah. Dengan demikian, atmosfer adalah baterai kelembaban dan waduk sedimen. dan kabut yang terbentuk di atmosfer memberikan kelembaban bagi penutup tanah dan dengan demikian memainkan peran yang menentukan dalam perkembangan dunia hewan dan tumbuhan.

Kelembaban atmosfer didistribusikan ke permukaan bumi karena mobilitas atmosfer. Ini memiliki sistem angin dan distribusi tekanan yang sangat kompleks. Karena fakta bahwa atmosfer berada dalam gerakan terus menerus, sifat dan tingkat distribusi arus angin dan tekanan berubah sepanjang waktu. Skala sirkulasi bervariasi dari mikrometeorologis, hanya beberapa ratus meter, hingga global - beberapa puluh ribu kilometer. Vortisitas atmosfer yang sangat besar terlibat dalam menciptakan sistem arus udara berskala besar dan menentukan sirkulasi umum atmosfer. Selain itu, mereka adalah sumber fenomena atmosfer bencana.

Distribusi cuaca dan kondisi iklim serta berfungsinya benda hidup bergantung pada tekanan atmosfer. Dalam hal itu, jika tekanan atmosfer bervariasi dalam batas kecil, itu tidak memainkan peran menentukan dalam kesejahteraan manusia dan perilaku hewan dan tidak mempengaruhi fungsi fisiologis tanaman. Fenomena frontal dan perubahan cuaca biasanya dikaitkan dengan perubahan tekanan.

Tekanan atmosfer sangat penting bagi pembentukan angin, yang, sebagai faktor pembentuk kelegaan, memiliki efek paling kuat pada dunia hewan dan tumbuhan.

Angin dapat menekan pertumbuhan tanaman dan pada saat yang sama meningkatkan transportasi benih. Peran angin dalam pembentukan cuaca dan kondisi iklim. Ia juga bertindak sebagai pengatur arus laut. Angin sebagai salah satu faktor eksogen berkontribusi terhadap erosi dan deflasi material cuaca pada jarak jauh.

Peran ekologis dan geologis dari proses atmosfer

Mengurangi transparansi atmosfer karena penampilan partikel aerosol dan debu padat di dalamnya mempengaruhi distribusi radiasi matahari, meningkatkan albedo atau reflektifitas. Berbagai reaksi kimia yang menyebabkan penguraian ozon dan terbentuknya awan "induk mutiara" yang terdiri dari uap air mengarah ke hasil yang sama. Perubahan global  reflektifitas, serta perubahan komposisi gas atmosfer, terutama gas rumah kaca, menyebabkan perubahan iklim.

Pemanasan yang tidak merata, menyebabkan perbedaan tekanan atmosfer di berbagai bagian permukaan bumi, menyebabkan sirkulasi atmosfer, yang merupakan ciri khas troposfer. Pada saat terjadi perbedaan tekanan mengalir dari area tekanan tinggi ke area tekanan rendah. Pergerakan massa udara ini bersama dengan kelembaban dan suhu menentukan fitur ekologis dan geologis utama dari proses atmosfer.

Bergantung pada kecepatan, angin menghasilkan berbagai pekerjaan geologi di permukaan bumi. Pada kecepatan 10 m / s, ia memompa cabang-cabang pohon yang tebal, mengambil dan membawa debu dan pasir halus; pada kecepatan 20 m / s, ia merobohkan cabang-cabang pohon, membawa pasir dan kerikil; pada kecepatan 30 m / s (badai) merobek atap rumah, mencabut pohon, mematahkan pilar, memindahkan kerikil dan membawa puing-puing halus, dan angin topan dengan kecepatan 40 m / s menghancurkan rumah, merobohkan dan menghancurkan pilar-pilar saluran listrik, merobek dari akar pohon besar.

Badai badai dan tornado (tornado) memiliki dampak lingkungan negatif yang besar dengan konsekuensi bencana - pusaran atmosfer yang timbul di musim panas di permukaan atmosfer yang kuat dengan kecepatan hingga 100 m / s. Squalls adalah angin puyuh horizontal dengan kecepatan angin topan (hingga 60-80 m / s). Mereka sering disertai oleh hujan lebat dan badai petir yang berlangsung dari beberapa menit hingga setengah jam. Squall mencakup area hingga 50 km dan mencakup jarak 200-250 km. Badai badai di Moskow dan wilayah Moskow pada tahun 1998 merusak atap banyak rumah dan melemparkan pohon.

Tornado, yang disebut tornado di Amerika Utara, adalah angin puyuh atmosfer seperti corong yang kuat, sering dikaitkan dengan awan petir. Ini adalah kolom udara yang meruncing di tengah dengan diameter dari beberapa puluh hingga ratusan meter. Tornado memiliki tampilan corong, sangat mirip dengan belalai gajah, turun dari awan atau naik dari permukaan bumi. Memiliki sifat langka yang kuat dan kecepatan putaran tinggi, tornado melaju hingga beberapa ratus kilometer, menarik debu, air dari reservoir, dan berbagai benda ke dalamnya. Tornado yang kuat disertai dengan guntur, hujan, dan memiliki kekuatan penghancur yang besar.

Tornado jarang terjadi di daerah subpolar atau khatulistiwa di mana ia selalu dingin atau panas. Ada beberapa tornado di lautan terbuka. Tornado terjadi di Eropa, Jepang, Australia, Amerika Serikat, dan di Rusia mereka sering terjadi di wilayah Central Black Earth, di Moskow, Yaroslavl, Nizhny Novgorod dan wilayah Ivanovo.

Tornado mengangkat dan memindahkan mobil, rumah, mobil, jembatan. Terutama tornado destruktif (tornado) diamati di AS. Dari 450 hingga 1500 tornado ditandai setiap tahun, dengan jumlah rata-rata 100 korban. Tornado adalah proses atmosfer bencana cepat. Mereka terbentuk hanya dalam 20-30 menit, dan masa hidup mereka adalah 30 menit. Karena itu, memperkirakan waktu dan tempat terjadinya tornado hampir tidak mungkin.

Vortisitas merusak lainnya, tetapi atmosfer yang beroperasi untuk waktu yang lama adalah siklon. Mereka terbentuk karena penurunan tekanan, yang dalam kondisi tertentu berkontribusi terhadap terjadinya pergerakan melingkar dari aliran udara. Vortisitas atmosfer berasal dari aliran udara hangat yang lembab dan berputar searah jarum jam dengan kecepatan tinggi di belahan bumi selatan dan berlawanan arah jarum jam di utara. Topan, tidak seperti tornado, berasal dari lautan dan menghasilkan tindakan destruktif atas benua. Faktor-faktor destruktif utama adalah angin kencang, curah hujan yang intens dalam bentuk salju, hujan lebat, hujan es dan gelombang banjir. Angin dengan kecepatan 19-30 m / dtk membentuk badai, 30–35 m / dtk membuat badai, dan lebih dari 35 m / dtk membuat badai.

Siklon tropis - angin topan dan topan - memiliki lebar rata-rata beberapa ratus kilometer. Kecepatan angin di dalam topan mencapai kekuatan badai. Siklon tropis berlangsung dari beberapa hari hingga beberapa minggu, bergerak dengan kecepatan 50 hingga 200 km / jam. Siklon mid-latitude memiliki diameter yang lebih besar. Dimensi melintang mereka berkisar dari seribu hingga beberapa ribu kilometer, kecepatan anginnya sangat kencang. Mereka bergerak di belahan bumi utara dari barat dan disertai oleh hujan es dan salju yang membawa malapetaka. Dalam hal jumlah korban dan kerusakan yang ditimbulkan, topan dan topan serta topan yang terkait adalah fenomena atmosfer terbesar setelah banjir. Di daerah padat penduduk di Asia, jumlah korban selama badai diukur dalam ribuan. Pada tahun 1991, 125 ribu orang tewas di Bangladesh selama badai yang menyebabkan pembentukan gelombang laut setinggi 6 meter. Kerusakan hebat disebabkan oleh topan Amerika Serikat. Pada saat yang sama, puluhan dan ratusan orang meninggal. Di Eropa Barat, badai menyebabkan kerusakan lebih sedikit.

Badai petir dianggap sebagai fenomena atmosfer bencana. Mereka terjadi dengan sangat cepatnya udara hangat dan lembab. Di perbatasan zona tropis dan subtropis, badai petir terjadi 90-100 hari setahun, di zona beriklim 10-30 hari. Di negara kita, badai paling banyak terjadi di Kaukasus Utara.

Badai petir biasanya berlangsung kurang dari satu jam. Bahaya tertentu adalah hujan deras, badai es, sambaran petir, hembusan angin, arus udara vertikal. Bahaya hujan es ditentukan oleh ukuran hujan es. Di Kaukasus Utara, massa hujan es pernah mencapai 0,5 kg, sementara di India, hujan es dengan massa 7 kg tercatat. Wilayah paling berbahaya di negara kita terletak di Kaukasus Utara. Pada Juli 1992, hujan es merusak 18 pesawat di Bandara Mineralnye Vody.

Untuk fenomena atmosfer berbahaya adalah kilat. Mereka membunuh orang, ternak, menyebabkan kebakaran, merusak jaringan listrik. Sekitar 10.000 orang meninggal akibat badai petir dan akibatnya setiap tahun di dunia. Selain itu, di beberapa wilayah Afrika, di Perancis dan Amerika Serikat, jumlah korban dari kilat lebih besar daripada dari fenomena alam lainnya. Kerusakan ekonomi tahunan akibat badai di Amerika Serikat sedikitnya $ 700 juta.

Kekeringan adalah karakteristik daerah padang pasir, padang rumput dan hutan. Kurangnya presipitasi menyebabkan pengeringan tanah, menurunkan tingkat air tanah dan dalam badan air sampai kering sepenuhnya. Kurangnya kelembaban menyebabkan kematian vegetasi dan tanaman. Kekeringan sangat parah di Afrika, Timur Tengah, Asia Tengah dan Amerika Utara bagian selatan.

Kekeringan mengubah kondisi manusia, memiliki efek buruk pada lingkungan alami melalui proses seperti salinisasi tanah, angin kering, badai debu, erosi tanah dan kebakaran hutan. Terutama kebakaran yang kuat terjadi selama kekeringan di daerah taiga, hutan tropis dan subtropis serta sabana.

Kekeringan adalah proses jangka pendek yang berlangsung selama satu musim. Dalam hal kekeringan berlangsung lebih dari dua musim, ada ancaman kelaparan dan kematian massal. Biasanya dampak kekeringan meluas ke wilayah satu atau lebih negara. Terutama kekeringan berkepanjangan dengan konsekuensi yang tragis terjadi di wilayah Sahel di Afrika.

Fenomena atmosfer seperti hujan salju, pancuran hujan pendek, dan hujan berkepanjangan yang lama membawa kerusakan besar. Hujan salju menyebabkan longsoran salju besar-besaran di gunung-gunung, dan pencairan salju yang cepat dan hujan lebat menyebabkan banjir. Massa besar air yang jatuh di permukaan bumi, terutama di daerah tanpa pohon, menyebabkan erosi yang parah pada penutup tanah. Ada pertumbuhan intensif sistem selokan. Banjir terjadi sebagai akibat dari banjir besar selama periode curah hujan yang melimpah atau air yang tinggi setelah pemanasan tiba-tiba atau musim semi pencairan salju dan, oleh karena itu, berkaitan dengan fenomena atmosfer (mereka dibahas dalam bab tentang peran ekologis hidrosfer).

Perubahan atmosfer antropogenik

Saat ini, ada banyak sumber yang berbeda dari sifat antropogenik, menyebabkan pencemaran atmosfer dan mengarah pada pelanggaran serius keseimbangan ekologis. Skala dampak terbesar pada atmosfer memiliki dua sumber: transportasi dan industri. Rata-rata, transportasi menyumbang sekitar 60% dari jumlah total polusi atmosfer, industri - 15, energi termal - 15, teknologi pembuangan untuk limbah rumah tangga dan industri - 10%.

Transportasi, tergantung pada bahan bakar yang digunakan dan jenis oksidan, melepaskan ke atmosfer oksida nitrogen, sulfur, oksida dan dioksida karbon, timbal dan senyawanya, karbon hitam, benzopyrene (zat dari kelompok hidrokarbon aromatik poliklik, yang merupakan karsinogen kuat yang menyebabkan kanker kulit).

Industri ini mengeluarkan sulfur dioksida, karbon oksida dan dioksida, hidrokarbon, amonia, hidrogen sulfida, asam sulfat, fenol, klorin, fluorin, dan senyawa lainnya serta unsur-unsur kimia ke atmosfer. Tetapi posisi dominan di antara emisi (hingga 85%) adalah debu.

Sebagai akibat dari polusi, transparansi atmosfer berubah, aerosol terjadi di dalamnya, kabut asap dan hujan asam.

Aerosol adalah sistem terdispersi yang terdiri dari partikel tetesan padat atau cair yang tersuspensi dalam medium gas. Ukuran partikel fase terdispersi biasanya 10 -3 -10 -7 cm, tergantung pada komposisi fase terdispersi, aerosol dibagi menjadi dua kelompok. Salah satunya adalah aerosol yang terdiri dari partikel padat yang terdispersi dalam medium gas, yang kedua adalah aerosol, yang merupakan campuran fase gas dan cairan. Yang pertama disebut asap, dan yang kedua - kabut. Dalam proses pembentukannya, pusat kondensasi memainkan peran penting. Abu vulkanik, debu kosmik, produk dari emisi industri, berbagai bakteri, dll bertindak sebagai nuklei kondensasi. Jumlah sumber nuklei konsentrasi yang mungkin terus bertambah. Sebagai contoh, ketika rumput kering dihancurkan oleh api pada area seluas 4000 m 2, rata-rata 11 * 10 22 inti aerosol terbentuk.

Aerosol mulai terbentuk dari saat kemunculan planet kita dan mempengaruhi kondisi alam. Namun, jumlah dan tindakan mereka, diseimbangkan dengan sirkulasi umum zat di alam, tidak menyebabkan perubahan lingkungan yang mendalam. Faktor antropogenik dari formasi mereka telah menggeser keseimbangan ini menuju kelebihan biosfer yang signifikan. Fitur ini terutama diucapkan sejak manusia mulai menggunakan aerosol yang dibuat khusus baik dalam bentuk zat beracun dan untuk perlindungan tanaman.

Yang paling berbahaya bagi tanaman adalah aerosol sulfur dioksida, hidrogen fluorida, dan nitrogen. Dalam kontak dengan permukaan basah lembaran, mereka membentuk asam, efek merugikan pada jaringan hidup. Kabut asam cocok dengan udara yang dihirup di organ pernapasan hewan dan manusia, secara agresif mempengaruhi selaput lendir. Beberapa dari mereka membusuk jaringan hidup, dan aerosol radioaktif menyebabkan kanker. Di antara isotop radioaktif, S-90 adalah bahaya khusus tidak hanya karena karsinogenisitasnya, tetapi juga sebagai analog kalsium, menggantikannya dalam tulang organisme, menyebabkan penguraiannya.

Selama ledakan nuklir, awan aerosol radioaktif terbentuk di atmosfer. Partikel-partikel kecil dengan jari-jari 1 - 10 mikron jatuh tidak hanya ke lapisan atas troposfer, tetapi juga ke dalam stratosfer, di mana mereka dapat ada untuk waktu yang lama. Awan aerosol juga terbentuk selama operasi reaktor pabrik industri yang memproduksi bahan bakar nuklir, serta sebagai akibat dari kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir.

Smog adalah campuran aerosol dengan fase terdispersi cair dan padat, yang membentuk tirai kabur di atas area industri dan kota-kota besar.

Ada tiga jenis kabut asap: es, basah dan kering. Es asap disebut Alaska. Ini adalah kombinasi dari polutan gas dengan penambahan partikel debu dan kristal es, yang muncul ketika tetesan kabut dan sistem pemanas uap membeku.

Asap basah, atau asap tipe London, kadang-kadang disebut musim dingin. Ini adalah campuran polutan gas (terutama anhydrite belerang), partikel debu dan tetesan kabut. Prasyarat meteorologi untuk penampilan kabut asap musim dingin adalah cuaca tanpa angin, di mana lapisan udara hangat terletak di atas lapisan permukaan udara dingin (di bawah 700 m). Dalam hal ini, tidak hanya pertukaran horisontal, tetapi juga vertikal. Polutan, biasanya tersebar di lapisan tinggi, dalam hal ini menumpuk di lapisan permukaan.

Asap kering terjadi di musim panas, dan sering disebut kabut gaya Los Angeles. Ini adalah campuran ozon, karbon monoksida, nitrogen oksida dan uap asam. Asap ini terbentuk sebagai hasil dekomposisi polutan oleh radiasi matahari, terutama ultraviolet-nya. Prasyarat meteorologi adalah inversi atmosfer, dimanifestasikan dalam penampilan lapisan udara dingin di atas hangat. Biasanya, gas dan partikel padat yang terangkat oleh arus udara hangat kemudian tersebar di lapisan dingin atas, tetapi dalam kasus ini mereka menumpuk di lapisan inversi. Dalam proses fotolisis, nitrogen oksida yang terbentuk selama pembakaran bahan bakar di mesin mobil rusak:

TIDAK 2 → TIDAK + О

Kemudian terjadi sintesis ozon:

O + O 2 + M → O 3 + M

NO + O → TIDAK 2

Proses fotodisosiasi disertai dengan cahaya kuning-hijau.

Selain itu, reaksi terjadi sebagai berikut: SO3 + H 2 0 -\u003e H 2 SO 4, yaitu asam sulfat yang kuat terbentuk.

Dengan perubahan kondisi meteorologis (munculnya angin atau perubahan kelembaban), udara dingin menghilang dan kabut asap menghilang.

Kehadiran zat karsinogenik dalam kabut asap menyebabkan kegagalan pernafasan, iritasi selaput lendir, gangguan peredaran darah, tercekik asma, dan sering mati. Terutama berbahaya bagi anak kecil.

Hujan asam adalah pengendapan yang diasamkan oleh emisi industri dari sulfur oksida, nitrogen dan uap asam perklorat serta klorin yang terlarut di dalamnya. Dalam proses pembakaran batu bara, minyak dan gas, sebagian besar sulfur di dalamnya, baik dalam bentuk oksida dan senyawa dengan besi, khususnya dalam pirit, pirhotit, kalkopirit, dll., Dikonversi menjadi sulfur oksida, yang, bersama-sama dengan karbon dioksida, dilepaskan ke atmosfer. Ketika nitrogen atmosfer dan emisi teknis dikombinasikan dengan oksigen, berbagai nitrogen oksida terbentuk, dan volume nitrogen oksida yang terbentuk tergantung pada suhu pembakaran. Sebagian besar nitrogen oksida terjadi selama operasi kendaraan dan lokomotif diesel, dan sebagian kecil jatuh pada perusahaan energi dan industri. Belerang dan nitrogen oksida adalah agen pembentuk asam utama. Ketika bereaksi dengan oksigen atmosfer dan uap air di dalamnya, asam sulfat dan nitrat terbentuk.

Diketahui bahwa keseimbangan asam basa medium ditentukan oleh nilai pH. Medium netral memiliki nilai pH sama dengan 7, asam - 0, dan alkali - 14 (Gbr. 6.7). Di era modern, pH air hujan adalah 5,6, meskipun dalam beberapa waktu terakhir ini netral. Mengurangi nilai pH oleh satu sesuai dengan peningkatan keasaman sepuluh kali lipat dan, karena itu, saat ini hampir semua hujan dengan keasaman tinggi terjadi. Keasaman maksimum hujan yang tercatat di Eropa Barat adalah 4-3,5 pH. Perlu dicatat bahwa nilai pH 4-4,5 mematikan bagi sebagian besar ikan.

Hujan asam memiliki efek agresif pada tutupan vegetasi Bumi, pada bangunan industri dan perumahan dan berkontribusi terhadap percepatan signifikan pelapukan batuan yang terpapar. Peningkatan keasaman mencegah pengaturan sendiri netralisasi tanah di mana nutrisi larut. Pada gilirannya, ini menyebabkan penurunan tajam dalam hasil dan menyebabkan degradasi tutupan vegetasi. Keasaman tanah berkontribusi terhadap pelepasan logam berat dalam keadaan terikat, yang secara bertahap diserap oleh tanaman, menyebabkan mereka kerusakan jaringan yang serius dan menembus ke rantai makanan manusia.

Perubahan potensi asam basa dari perairan laut, terutama di perairan dangkal, menyebabkan berhentinya reproduksi banyak invertebrata, menyebabkan kematian ikan dan mengganggu keseimbangan ekologis di lautan.

Akibat hujan asam, hutan-hutan Eropa Barat, Negara-negara Baltik, Karelia, Ural, Siberia dan Kanada berada di bawah ancaman kematian.

Atmosfer bumi

Suasana  (dari. dr-yunani  ἀτμός - uap dan σφαῖρα - bola) - gas  kulit ( geosfer) mengelilingi planet ini Bumi. Permukaan dalamnya meliputi hidrosfer  dan sebagian kulit kayu, batas luar di bagian dekat Bumi dari luar angkasa.

Himpunan bagian fisika dan kimia yang mempelajari atmosfer disebut fisika atmosfer. Suasana menentukan cuaca  di permukaan bumi mempelajari cuaca meteorologidan variasi panjang iklim - klimatologi.

Struktur suasana

Struktur suasana

Troposfer

Batas atasnya berada pada ketinggian 8-10 km di kutub, 10-12 km di daerah beriklim dan 16-18 km di garis lintang tropis; di musim dingin lebih rendah daripada di musim panas. Semakin rendah, lapisan utama atmosfer. Mengandung lebih dari 80% dari total massa udara atmosfer dan sekitar 90% dari semua uap air di atmosfer. Troposfer sangat berkembang. turbulensi  dan konveksi, bangkit awansedang berkembang topan  dan antiklon. Suhu berkurang dengan meningkatnya ketinggian dengan vertikal rata-rata gradien  0,65 ° / 100 m

"Kondisi normal" berikut di permukaan Bumi adalah: kepadatan 1,2 kg / m3, tekanan barometrik 101,35 kPa, suhu plus 20 ° C dan kelembaban relatif 50%. Indikator konvensional ini memiliki nilai rekayasa murni.

Stratosfer

Lapisan atmosfer, terletak di ketinggian 11 hingga 50 km. Ditandai dengan sedikit perubahan suhu pada lapisan 11-25 km (lapisan bawah stratosfer) dan peningkatan lapisan 25-40 km dari −56,5 ke 0,8 ° Dengan  (stratosfer atau wilayah atas inversi). Mencapai pada ketinggian sekitar 40 km, nilai sekitar 273 K (hampir 0 ° C), suhu tetap konstan hingga ketinggian sekitar 55 km. Daerah dengan suhu konstan ini disebut stratopause  dan merupakan batas antara stratosfer dan mesosfer.

Stratopause

Lapisan batas atmosfer antara stratosfer dan mesosfer. Dalam distribusi temperatur vertikal, ada maksimum (sekitar 0 ° C).

Mesosfer

Atmosfer bumi

Mesosfer  mulai dari ketinggian 50 km dan memanjang hingga 80-90 km. Suhu berkurang dengan ketinggian dengan gradien vertikal rata-rata (0,25-0,3) ° / 100 m. Proses energi utama adalah perpindahan panas radiasi. Proses fotokimia yang kompleks melibatkan radikal bebas, molekul yang tergetar secara vibrasi, dll., menyebabkan atmosfer bersinar.

Mesopause

Lapisan transisi antara mesosfer dan termosfer. Dalam distribusi temperatur vertikal, ada minimum (sekitar -90 ° C).

Garis Karman

Ketinggian di atas permukaan laut, yang diterima secara kondisional sebagai batas antara atmosfer dan ruang Bumi.

Thermo sphere

Artikel utama: Thermo sphere

Batas atas adalah sekitar 800 km. Temperatur naik ke ketinggian 200-300 km, di mana ia mencapai nilai dari urutan 1500 K, setelah itu tetap hampir konstan ke ketinggian. Di bawah aksi radiasi sinar ultraviolet dan x-ray dan radiasi kosmik, udara terionisasi (" aurora") - area utama ionosfer  berbaring di dalam termosfer. Pada ketinggian di atas 300 km oksigen atom mendominasi.

Lapisan atmosfer hingga ketinggian 120 km

Eksosfer (bola dispersi)

Eksosfer  - zona hamburan, bagian luar termosfer, terletak di atas 700 km. Gas di eksosfer sangat langka, dan dari sinilah kebocoran partikel-partikelnya ke ruang antarplanet ( disipasi).

Hingga ketinggian 100 km, atmosfer adalah campuran campuran gas yang homogen. Pada lapisan yang lebih tinggi, distribusi ketinggian gas tergantung pada massa molekulnya, konsentrasi gas yang lebih berat berkurang lebih cepat dengan jarak dari permukaan bumi. Karena penurunan densitas gas, suhu menurun dari 0 ° C di stratosfer menjadi -110 ° C di mesosfer. Namun, energi kinetik dari partikel individu pada ketinggian 200-250 km sesuai dengan suhu ~ 1500 ° C. Di atas 200 km, ada fluktuasi suhu dan kerapatan gas yang signifikan dalam ruang dan waktu.

Pada ketinggian sekitar 2000-3000 km, eksosfer secara bertahap berubah menjadi yang disebut dekat ruang hampa udarayang diisi dengan partikel gas antarplanet yang sangat langka, terutama atom hidrogen. Tetapi gas ini hanya bagian dari masalah antarplanet. Bagian lainnya terdiri dari partikel debu yang berasal dari komet dan meteor. Selain partikel debu yang sangat langka, radiasi elektromagnetik dan sel-sel surya dan galaksi berasal dari ruang ini.

Bagian troposfer menyumbang sekitar 80% dari massa atmosfer, bagian stratosfer - sekitar 20%; massa mesosfer tidak lebih dari 0,3%, termosfer kurang dari 0,05% dari total massa atmosfer. Berdasarkan sifat-sifat listrik di atmosfer, neutrosphere dan ionosfer dipancarkan. Saat ini, diyakini bahwa atmosfer meluas ke ketinggian 2.000-3.000 km.

Tergantung pada komposisi gas di atmosfer yang dipancarkan homosfer  dan heterosfer. Hetero sphere   - Ini adalah area di mana gravitasi mempengaruhi pemisahan gas, karena pencampuran mereka pada ketinggian seperti itu dapat diabaikan. Oleh karena itu komposisi variabel heterosfer. Di bawahnya terdapat komposisi atmosfer yang homogen dan bercampur aduk, yang disebut homosfer. Batas antara lapisan-lapisan ini disebut jeda turboItu terletak di ketinggian sekitar 120 km.

Sifat fisik

Ketebalan atmosfer - sekitar 2000 - 3000 km dari permukaan bumi. Total massa udara  - (5.1-5.3) × 10 18 kg. Massa molar  udara kering yang bersih adalah 28.966. Tekanan  pada 0 ° C di permukaan laut 101.325 kPa; suhu kritis  140,7 ° C; tekanan kritis 3,7 MPa; C hal  1,0048 × 10 3 J / (kg · K) (pada 0 ° C), C v  0,7159 × 10 3 J / (kg · K) (pada 0 ° C). Kelarutan udara dalam air pada 0 ° C adalah 0,036%, pada 25 ° C adalah 0,22%.

Sifat fisiologis dan lainnya dari atmosfer

Sudah di ketinggian 5 km di atas permukaan laut, orang yang tidak terlatih muncul kelaparan oksigen dan tanpa adaptasi, kinerja manusia berkurang secara signifikan. Di sini berakhir zona fisiologis atmosfer. Pernafasan manusia menjadi tidak mungkin pada ketinggian 15 km, meskipun hingga sekitar 115 km atmosfer mengandung oksigen.

Atmosfer memberi kita oksigen untuk bernafas. Namun, sebagai akibat dari penurunan tekanan total atmosfer, tekanan parsial oksigen menurun sesuai dengan naiknya ketinggian.

Di paru-paru seseorang secara konstan mengandung sekitar 3 liter udara alveolar. Tekanan parsial  oksigen di udara alveolar pada tekanan atmosfer normal adalah 110 mm Hg. Art., Tekanan karbon dioksida - 40 mm Hg. Seni., Dan uap air - 47 mm Hg. Seni Dengan meningkatnya ketinggian, tekanan oksigen turun, dan tekanan total uap air dan karbon dioksida di paru-paru tetap hampir konstan - sekitar 87 mm Hg. Seni Pasokan oksigen ke paru-paru akan sepenuhnya berhenti ketika tekanan udara sekitar menjadi sama dengan nilai ini.

Pada ketinggian sekitar 19-20 km, tekanan atmosfer berkurang hingga 47 mm Hg. Seni Karena itu, pada ketinggian ini mulai mendidih air dan cairan interstitial dalam tubuh manusia. Di luar kabin bertekanan di ketinggian ini, kematian terjadi hampir secara instan. Dengan demikian, dari sudut pandang fisiologi manusia, "kosmos" sudah dimulai pada ketinggian 15-19 km.

Lapisan udara yang padat - troposfer dan stratosfer - melindungi kita dari efek radiasi yang merusak. Dengan pengenceran udara yang memadai, pada ketinggian lebih dari 36 km, pengion radiasi  - Sinar kosmik primer; pada ketinggian lebih dari 40 km, bagian ultraviolet dari spektrum matahari, yang berbahaya bagi manusia, bertindak.

Ketika kita naik ke ketinggian yang semakin besar di atas permukaan bumi, kita berangsur-angsur melemah, dan kemudian benar-benar menghilang, fenomena akrab seperti itu diamati di lapisan bawah atmosfer, seperti perambatan suara, terjadinya aerodinamika angkat  dan resistensi, perpindahan panas oleh konveksi  dan lainnya

Di lapisan udara yang dijernihkan menyebar suara  ternyata tidak mungkin. Hingga ketinggian 60-90 km, masih mungkin untuk menggunakan hambatan udara dan pengangkatan untuk penerbangan aerodinamis yang terkontrol. Namun dimulai dengan ketinggian 100-130 km, konsep yang akrab bagi setiap pilot angka M  dan penghalang suara  kehilangan artinya, melewati persyaratan Garis Karman  di luar yang memulai lingkup penerbangan balistik murni, yang dapat dikontrol hanya dengan menggunakan kekuatan reaktif.

Pada ketinggian di atas 100 km, atmosfer tidak memiliki sifat luar biasa lainnya - kemampuan untuk menyerap, melakukan, dan mentransfer energi panas melalui konveksi (yaitu, dengan mencampurkan udara). Ini berarti bahwa berbagai elemen peralatan, peralatan stasiun ruang angkasa orbital tidak akan dapat didinginkan dari luar, seperti yang biasanya dilakukan pada pesawat terbang, dengan bantuan jet udara dan radiator udara. Pada ketinggian itu, seperti pada umumnya di ruang angkasa, satu-satunya cara untuk mentransfer panas adalah radiasi termal.

Komposisi atmosfer

Komposisi udara kering

Atmosfer bumi terutama terdiri dari gas dan berbagai kotoran (debu, tetesan air, kristal es, garam laut, produk pembakaran).

Konsentrasi gas yang membentuk atmosfer hampir konstan, dengan pengecualian air (H 2 O) dan karbon dioksida (CO 2).

Selain gas yang ditunjukkan dalam tabel, atmosfer mengandung SO 2, NH 3, CO, ozon, hidrokarbon, HCl, HFpasangan HgSaya 2 juga TIDAK  dan banyak gas lainnya dalam jumlah kecil. Di troposfer selalu ada sejumlah besar partikel padat dan cair yang tersuspensi ( aerosol).

Sejarah pembentukan atmosfer

Menurut teori yang paling umum, atmosfer Bumi ada dalam waktu dalam empat komposisi berbeda. Awalnya terdiri dari gas ringan ( hidrogen  dan helium), diambil dari ruang antarplanet. Inilah yang disebut suasana utama(sekitar empat miliar tahun yang lalu). Pada tahap berikutnya, aktivitas vulkanik aktif menyebabkan saturasi atmosfer dengan gas-gas lain selain hidrogen (karbon dioksida, amonia, uap air). Jadi terbentuk suasana sekunder(sekitar tiga miliar tahun hingga hari ini). Suasana ini sangat memulihkan. Lebih lanjut, proses pembentukan atmosfer ditentukan oleh faktor-faktor berikut:

kebocoran gas ringan (hidrogen dan helium) di ruang antarplanet;

reaksi kimia yang terjadi di atmosfer di bawah pengaruh radiasi ultraviolet, pelepasan petir dan beberapa faktor lainnya.

Secara bertahap, faktor-faktor ini mengarah pada pembentukan suasana tersierdicirikan oleh kandungan hidrogen yang jauh lebih rendah dan kandungan nitrogen dan karbon dioksida yang jauh lebih tinggi (terbentuk dari reaksi kimia dari amonia dan hidrokarbon).

Nitrogen

Pembentukan sejumlah besar N 2 adalah karena oksidasi atmosfer amonia-hidrogen dengan molekul O 2, yang mulai datang dari permukaan planet sebagai hasil fotosintesis, mulai dari 3 miliar tahun yang lalu. N 2 juga dilepaskan ke atmosfer sebagai hasil dari denitrifikasi nitrat dan senyawa yang mengandung nitrogen lainnya. Nitrogen dioksidasi oleh ozon menjadi NO di atmosfer bagian atas.

N 2 N hanya bereaksi dalam kondisi tertentu (misalnya, ketika debit petir). Oksidasi nitrogen molekuler oleh ozon dalam pelepasan listrik digunakan dalam industri pembuatan pupuk nitrogen. Ini dapat teroksidasi dengan konsumsi energi yang rendah dan dapat dikonversi menjadi bentuk biologis aktif. cyanobacteria (ganggang biru-hijau)  dan bakteri nodul membentuk rhizobial simbiosis  dengan polong-polongan  tanaman, yang disebut. sideratami.

Oksigen

Komposisi atmosfer mulai berubah secara radikal dengan munculnya Bumi. organisme hidupsebagai hasilnya fotosintesisdisertai dengan pelepasan oksigen dan penyerapan karbon dioksida. Awalnya, oksigen dihabiskan untuk oksidasi senyawa tereduksi - amonia, hidrokarbon, dan bentuk asam. besiterkandung di lautan, dll. Pada akhir tahap ini, kandungan oksigen di atmosfer mulai tumbuh. Secara bertahap membentuk atmosfer modern dengan sifat pengoksidasi. Karena ini menyebabkan perubahan serius dan dramatis dalam banyak proses yang terjadi di suasana, litosfer  dan biosferAcara ini disebut Bencana Oksigen.

Selama phanerozoicum  Komposisi atmosfer dan kandungan oksigen mengalami perubahan. Mereka berkorelasi terutama dengan tingkat pengendapan batuan sedimen organik. Jadi, selama periode akumulasi batu bara, kandungan oksigen di atmosfer, tampaknya, secara nyata melebihi tingkat saat ini.

Karbon dioksida

Konten di atmosfer CO 2 tergantung pada aktivitas vulkanik dan proses kimia di dalam amplop bumi, tetapi yang terpenting adalah intensitas biosintesis dan dekomposisi bahan organik di biosfer Dari bumi. Hampir seluruh biomassa planet saat ini (sekitar 2,4 × 10 12 ton ) dibentuk oleh karbon dioksida, nitrogen dan uap air yang terkandung di udara atmosfer. Dimakamkan di lautanmasuk rawa  dan masuk hutan  bahan organik berubah menjadi batubara, minyak  dan gas alam. (lihat Siklus karbon geokimia)

Gas mulia

Sumber gas inert - argon, helium  dan kripton - letusan gunung berapi dan pembusukan elemen radioaktif. Bumi secara keseluruhan dan atmosfer khususnya habis dalam gas inert dibandingkan dengan ruang. Dipercayai bahwa alasannya terletak pada kebocoran gas yang terus menerus ke ruang antarplanet.

Polusi udara

Baru-baru ini, evolusi atmosfer mulai mempengaruhi seorang pria. Hasil dari aktivitasnya adalah peningkatan signifikan yang konstan dalam karbon dioksida atmosfer karena pembakaran bahan bakar hidrokarbon yang terakumulasi dalam zaman geologis sebelumnya. Sejumlah besar CO 2 dikonsumsi selama fotosintesis dan diserap oleh lautan. Gas ini memasuki atmosfer karena dekomposisi batuan karbonat dan bahan organik dari tumbuhan dan hewan, serta karena aktivitas vulkanisme dan produksi manusia. Selama 100 tahun terakhir, konten CO 2 di atmosfer telah meningkat 10%, dengan bagian utama (360 miliar ton) berasal dari pembakaran bahan bakar. Jika laju pertumbuhan pembakaran bahan bakar terus berlanjut, dalam 50-60 tahun ke depan jumlah CO 2 di atmosfer akan berlipat ganda dan dapat menyebabkan perubahan iklim global.

Pembakaran bahan bakar - sumber utama gas pencemar ( DENGAN, TIDAK, SO 2 ). Sulfur dioksida dioksidasi oleh oksigen udara menjadi SO 3   di atmosfer atas, yang pada gilirannya berinteraksi dengan uap air dan amonia, dan hasilnya asam sulfat (H 2 SO 4 )   dan amonium sulfat ((NH 4 ) 2 SO 4 )   kembali ke permukaan bumi dalam bentuk yang disebut. hujan asam. Penggunaan mesin pembakaran internal  menyebabkan polusi atmosfer yang signifikan dengan nitrogen oksida, hidrokarbon, dan senyawa timbal ( tetraethyl lead Pb (CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Polusi aerosol atmosfer disebabkan oleh penyebab alami (letusan gunung berapi, badai debu, aliran air laut dan serbuk sari tanaman, dll.) Dan kegiatan ekonomi manusia (penambangan bijih dan bahan bangunan, pembakaran bahan bakar, pembuatan semen, dll.). Penghapusan partikel padat dalam skala besar ke atmosfer adalah salah satu kemungkinan penyebab perubahan iklim di planet ini.

Atmosfer inilah yang memungkinkan kehidupan di Bumi. Informasi dan fakta pertama tentang suasana tempat kami kembali sekolah dasar. Di sekolah menengah, kita telah menjadi lebih akrab dengan konsep ini dalam pelajaran geografi.

Konsep atmosfer bumi

Atmosfer hadir tidak hanya di Bumi, tetapi juga di benda langit lainnya. Disebut demikian amplop gas yang mengelilingi planet ini. Komposisi lapisan gas planet yang berbeda ini sangat berbeda. Mari kita lihat dasar-dasar dan fakta-fakta tentang udara.

Komponen terpentingnya adalah oksigen. Beberapa orang secara keliru berpikir bahwa atmosfer bumi seluruhnya terdiri dari oksigen, tetapi pada kenyataannya udara adalah campuran gas. Ini terdiri dari 78% nitrogen dan 21% oksigen. Satu persen sisanya termasuk ozon, argon, karbon dioksida, uap air. Biarkan rasio persentase gas-gas ini kecil, tetapi mereka melakukan fungsi penting - mereka menyerap sebagian besar energi radiasi matahari, sehingga mencegah matahari mengubah semua kehidupan di planet kita menjadi abu. Sifat atmosfer bervariasi dengan ketinggian. Misalnya, pada ketinggian 65 km, nitrogen adalah 86%, dan oksigen adalah 19%.

Komposisi atmosfer bumi

• Karbon dioksida  diperlukan untuk nutrisi tanaman. Di atmosfer, itu muncul sebagai hasil dari proses respirasi organisme hidup, pembusukan, pembakaran. Tidak adanya komposisi atmosfer akan membuat keberadaan tanaman menjadi tidak mungkin.
• Oksigen  - Penting untuk komponen manusia dari atmosfer. Kehadirannya adalah syarat keberadaan semua organisme hidup. Ini adalah sekitar 20% dari total volume gas atmosfer.
• Ozon  - Ini adalah penyerap alami dari radiasi ultraviolet matahari, yang mempengaruhi organisme hidup. Sebagian besar membentuk lapisan atmosfer yang terpisah - layar ozon. Baru-baru ini, aktivitas manusia telah mengarah pada fakta bahwa ia mulai runtuh secara bertahap, tetapi karena itu sangat penting, maka pekerjaan aktif sedang dilakukan pada pelestarian dan pemulihannya.
• Uap air  menentukan kelembaban udara. Isinya dapat bervariasi tergantung pada berbagai faktor: suhu udara, lokasi, musim. Pada suhu rendah, uap air di udara sangat kecil, mungkin kurang dari satu persen, dan pada suhu tinggi mencapai 4%.
• Selain semua hal di atas, persentase tertentu selalu hadir dalam komposisi atmosfer bumi. kotoran padat dan cair. Ini adalah jelaga, abu, garam laut, debu, tetesan air, mikroorganisme. Mereka dapat masuk ke udara baik secara alami maupun antropogenik.

Lapisan atmosfer

Dan suhu, dan kepadatan, dan komposisi kualitatif udara bervariasi pada ketinggian yang berbeda. Karena itu, merupakan kebiasaan untuk mengisolasi berbagai lapisan atmosfer. Masing-masing memiliki karakteristik sendiri. Mari kita cari lapisan atmosfer mana yang dibedakan:

• Troposfer - lapisan atmosfer ini paling dekat dengan permukaan bumi. Tingginya 8-10 km di atas kutub dan 16-18 km di daerah tropis. Di sini, 90% dari total uap air yang ada di atmosfer berada, oleh karena itu, pembentukan awan aktif terjadi. Juga di lapisan ini diamati proses seperti pergerakan udara (angin), turbulensi, konveksi. Suhu berkisar dari +45 derajat pada siang hari selama musim hangat di daerah tropis hingga -65 derajat di kutub.
• Stratosfer adalah lapisan kedua atmosfer pada jarak dari permukaan bumi. Terletak di ketinggian 11 hingga 50 km. Di lapisan bawah stratosfer, suhunya kira-kira -55, searah dengan jarak dari Bumi, naik ke + 1 ° C. Daerah ini disebut inversi dan merupakan batas stratosfer dan mesosfer.
• Mesosphere terletak di ketinggian 50 hingga 90 km. Suhu di batas bawahnya sekitar 0, di atasnya mencapai -80 ...- 90 ˚С. Meteorit yang memasuki atmosfer Bumi benar-benar terbakar di mesosfer, karena itu, udaranya bersinar.
• Ketebalan termosfer sekitar 700 km. Di lapisan atmosfer ini aurora muncul. Mereka muncul karena aksi radiasi kosmik dan radiasi yang berasal dari matahari.
• Eksosfer adalah zona dispersi udara. Di sini, konsentrasi gas kecil dan penarikan bertahap mereka ke ruang antarplanet terjadi.

Batas antara atmosfer dan ruang bumi dianggap sebagai tonggak sejarah 100 km. Fitur ini disebut garis Saku.

Tekanan atmosfer

Mendengarkan ramalan cuaca, kita sering mendengar indikator tekanan atmosfer. Tapi apa arti tekanan atmosfer, dan bagaimana ini bisa memengaruhi kita?

Kami menemukan bahwa udara terdiri dari gas dan kotoran. Masing-masing komponen ini memiliki bobotnya sendiri, yang berarti bahwa atmosfernya tidak berbobot, seperti yang diyakini hingga abad XVII. Tekanan atmosfer adalah gaya yang dengannya semua lapisan atmosfer menekan permukaan Bumi dan semua benda.

Para ilmuwan telah membuat perhitungan yang rumit dan membuktikan bahwa atmosfernya memiliki berat 10.333 kg per meter persegi. Ini berarti bahwa tubuh manusia terkena tekanan udara, yang beratnya sama dengan 12-15 ton. Kenapa kita tidak merasakan ini? Ini menghemat tekanan internal kita, yang menyeimbangkan eksternal. Anda bisa merasakan tekanan atmosfer, saat berada di pesawat atau tinggi di pegunungan, karena tekanan atmosfer di ketinggian jauh lebih sedikit. Dalam hal ini, ketidaknyamanan fisik, meletakkan telinga, pusing.

Banyak yang bisa dikatakan tentang suasana sekitar. Kami tahu banyak fakta menarik tentangnya, dan beberapa di antaranya mungkin mengejutkan:

• Berat atmosfer bumi adalah 5,300,000,000,000,000 ton.
• Ini berkontribusi pada transmisi suara. Pada ketinggian lebih dari 100 km, properti ini menghilang karena perubahan komposisi atmosfer.
• Pergerakan atmosfer dipicu oleh pemanasan permukaan bumi yang tidak merata.
• Termometer digunakan untuk menentukan suhu udara, dan barometer digunakan untuk menentukan kekuatan tekanan atmosfer.
• Kehadiran atmosfer menyelamatkan planet kita dari 100 ton meteorit setiap hari.
• Komposisi udara diperbaiki beberapa ratus juta tahun, tetapi mulai berubah dengan dimulainya aktivitas industri yang cepat.
• Diyakini bahwa atmosfer memanjang hingga ketinggian 3000 km.

Nilai atmosfer untuk manusia

Zona fisiologis atmosfer adalah 5 km. Pada ketinggian 5.000 m di atas permukaan laut, seseorang mulai memanifestasikan dirinya, yang berakibat pada penurunan kapasitas kerjanya dan kemunduran kesejahteraan. Ini menunjukkan bahwa seseorang tidak dapat bertahan hidup di ruang di mana campuran gas yang menakjubkan ini tidak ada.

Semua informasi dan fakta tentang atmosfer hanya menegaskan pentingnya bagi orang. Karena kehadirannya, peluang untuk mengembangkan kehidupan di Bumi telah muncul. Sudah hari ini, setelah menilai skala kerusakan yang dapat ditimbulkan oleh manusia terhadap udara yang memberi kehidupan dengan tindakannya, kita harus memikirkan langkah-langkah lebih lanjut untuk pelestarian dan pemulihan atmosfer.

Di permukaan laut 1013,25 hPa (sekitar 760 mm Hg). Suhu rata-rata dunia di permukaan bumi adalah 15 ° C, sementara suhu bervariasi dari sekitar 57 ° C di gurun subtropis hingga -89 ° C di Antartika. Kepadatan dan tekanan udara berkurang dengan ketinggian menurut hukum yang dekat dengan eksponensial.

Struktur suasana. Secara vertikal, atmosfer memiliki struktur berlapis, terutama ditentukan oleh fitur distribusi suhu vertikal (gambar), yang tergantung pada lokasi geografis, musim, waktu hari, dan sebagainya. Lapisan bawah atmosfer - troposfer - dicirikan oleh penurunan suhu dengan ketinggian (sekitar 6 ° per per 1 km), tingginya 8-10 km di garis lintang kutub hingga 16-18 km di daerah tropis. Karena penurunan cepat dalam kepadatan udara dengan ketinggian di troposfer adalah sekitar 80% dari total massa atmosfer. Di atas troposfer adalah stratosfer - lapisan yang ditandai oleh peningkatan suhu secara umum dengan ketinggian. Lapisan transisi antara troposfer dan stratosfer disebut tropopause. Di stratosfer bawah ke tingkat sekitar 20 km, suhunya sedikit bervariasi dengan ketinggian (yang disebut wilayah isotermal) dan sering bahkan sedikit menurun. Peningkatan suhu lebih tinggi karena penyerapan radiasi UV matahari oleh ozon, awalnya lambat, dan dari tingkat 34-36 km - lebih cepat. Batas atas stratosfer - stratopause - terletak di ketinggian 50-55 km, sesuai dengan suhu maksimum (260-270 K). Lapisan atmosfer, yang terletak di ketinggian 55-85 km, di mana suhunya turun lagi dengan ketinggian, disebut mesosfer, pada batas atasnya - mesopause - suhunya mencapai 150-160 K di musim panas, dan 200-230 K di musim dingin. ditandai dengan kenaikan suhu yang cepat, mencapai nilai 800-1200 K pada ketinggian 250 km. Radiasi sinar matahari dan sinar-X dari Matahari diserap dalam termosfer, meteor melambat dan terbakar, oleh karena itu ia berfungsi sebagai lapisan pelindung Bumi. Masih lebih tinggi adalah eksosfer, dari mana gas atmosfer tersebar ke ruang dunia karena disipasi dan di mana ada transisi bertahap dari atmosfer ke ruang antarplanet.

Komposisi atmosfer. Hingga ketinggian sekitar 100 km, atmosfer hampir seragam dalam komposisi kimia dan berat molekul rata-rata udara (sekitar 29) konstan. Di dekat permukaan bumi, atmosfer terdiri dari nitrogen (sekitar 78,1% volume) dan oksigen (sekitar 20,9%), dan juga mengandung sejumlah kecil argon, karbon dioksida (karbon dioksida), neon, dan komponen tetap dan variabel lainnya (lihat Air ).

Selain itu, atmosfer mengandung sejumlah kecil ozon, nitrogen oksida, amonia, radon, dan lainnya.Kadar relatif komponen utama udara konstan dari waktu ke waktu dan seragam di wilayah geografis yang berbeda. Kandungan uap air dan ozon bervariasi dalam ruang dan waktu; Meskipun kontennya rendah, peran mereka dalam proses atmosfer sangat signifikan.

Di atas 100-110 km, terjadi pemisahan oksigen, karbon dioksida dan uap air, sehingga berat molekul udara berkurang. Pada ketinggian sekitar 1000 km, gas ringan mulai mendominasi - helium dan hidrogen, dan bahkan lebih tinggi atmosfer bumi berangsur-angsur berubah menjadi gas antarplanet.

Komponen variabel yang paling penting dari atmosfer adalah uap air, yang memasuki atmosfer ketika menguap dari permukaan air dan tanah yang lembab, serta oleh transpirasi oleh tanaman. Kandungan relatif uap air bervariasi di permukaan bumi dari 2,6% di daerah tropis hingga 0,2% di garis lintang kutub. Dengan ketinggian, ia jatuh dengan cepat, berkurang setengahnya pada ketinggian 1,5-2 km. Di kolom vertikal atmosfer di lintang sedang mengandung sekitar 1,7 cm "lapisan air yang diendapkan." Selama kondensasi uap air, awan terbentuk, dari mana presipitasi atmosfer jatuh dalam bentuk hujan, hujan es, dan salju.

Komponen penting dari udara atmosfer adalah ozon, terkonsentrasi pada 90% di stratosfer (antara 10 dan 50 km), sekitar 10% di dalamnya berada di troposfer. Ozon menyediakan penyerapan radiasi UV keras (dengan panjang gelombang kurang dari 290 nm), dan ini adalah peran pelindungnya untuk biosfer. Nilai total konten ozon bervariasi dengan garis lintang dan musim dalam kisaran dari 0,22 hingga 0,45 cm (ketebalan lapisan ozon pada tekanan p = 1 atm dan suhu T = 0 ° C). Dalam lubang ozon yang diamati pada musim semi di Antartika sejak awal 1980-an, kandungan ozon bisa turun hingga 0,07 cm, meningkat dari garis khatulistiwa ke kutub dan memiliki program tahunan dengan maksimum di musim semi dan minimum di musim gugur, dan amplitudo kursus tahunan kecil di daerah tropis dan tumbuh ke garis lintang tinggi. Komponen variabel atmosfer yang signifikan adalah karbon dioksida, yang kandungannya di atmosfer selama 200 tahun terakhir telah meningkat sebesar 35%, yang terutama disebabkan oleh faktor antropogenik. Variabilitas latitudinal dan musiman yang terkait dengan fotosintesis tanaman dan kelarutan dalam air laut diamati (menurut hukum Henry, kelarutan gas dalam air berkurang dengan meningkatnya suhunya).

Peran penting dalam pembentukan iklim planet ini dimainkan oleh aerosol atmosfer - partikel padat dan cair tersuspensi di udara, mulai dari ukuran beberapa nm hingga puluhan mikron. Aerosol berbeda yang berasal dari alam dan antropogenik. Aerosol terbentuk dalam proses reaksi fase gas dari kehidupan tanaman dan aktivitas manusia, letusan gunung berapi, sebagai akibat dari debu yang naik oleh angin dari permukaan planet ini, terutama dari daerah gurunnya, dan juga terbentuk dari debu kosmik yang memasuki atmosfer bagian atas. Sebagian besar aerosol terkonsentrasi di troposfer, aerosol dari letusan gunung berapi membentuk apa yang disebut lapisan Junge pada ketinggian sekitar 20 km. Jumlah terbesar aerosol antropogenik memasuki atmosfer sebagai akibat dari kendaraan dan CHP, pabrik kimia, pembakaran bahan bakar, dll. Oleh karena itu, di beberapa daerah komposisi atmosfer sangat berbeda dari udara biasa, yang membutuhkan penciptaan layanan khusus untuk memantau dan memantau tingkat polusi udara.

Evolusi atmosfer. Atmosfer modern tampaknya berasal dari sekunder: terbentuk dari gas yang dipancarkan oleh cangkang padat Bumi setelah selesainya pembentukan planet ini sekitar 4,5 miliar tahun yang lalu. Selama sejarah geologis Bumi, atmosfer telah mengalami perubahan yang signifikan dalam komposisinya di bawah pengaruh sejumlah faktor: disipasi (penguapan) gas, sebagian besar lebih ringan, ke luar angkasa; emisi gas dari litosfer sebagai akibat dari aktivitas gunung berapi; reaksi kimia antara komponen atmosfer dan batuan yang menyusun kerak bumi; reaksi fotokimia di atmosfer itu sendiri di bawah pengaruh radiasi UV matahari; pertambahan (capture) dari materi medium antarplanet (misalnya, materi meteor). Pengembangan atmosfer terkait erat dengan proses geologis dan geokimia, dan 3-4 miliar tahun terakhir juga dengan aktivitas biosfer. Bagian penting dari gas yang membentuk atmosfer modern (nitrogen, karbon dioksida, uap air), muncul dalam perjalanan aktivitas vulkanik dan intrusi, yang membawanya dari kedalaman Bumi. Oksigen muncul dalam jumlah yang cukup besar sekitar 2 miliar tahun yang lalu sebagai hasil dari aktivitas organisme fotosintetik yang awalnya berasal dari air permukaan laut.

Menurut data tentang komposisi kimia sedimen karbonat, perkiraan jumlah karbon dioksida dan oksigen di atmosfer masa lalu geologis telah diperoleh. Selama masa Phanerozoikum (570 juta tahun terakhir dalam sejarah Bumi), jumlah karbon dioksida di atmosfer sangat bervariasi sesuai dengan tingkat aktivitas vulkanik, suhu lautan, dan tingkat fotosintesis. Untuk sebagian besar waktu ini, konsentrasi karbon dioksida di atmosfer secara signifikan lebih tinggi (hingga 10 kali). Jumlah oksigen di atmosfer Phanerozoic berubah secara signifikan, dan kecenderungan peningkatannya terjadi. Di atmosfer Prekambrian, massa karbon dioksida, pada umumnya, lebih besar, dan massa oksigen, kurang dari atmosfer Phanerozoikum. Fluktuasi jumlah karbon dioksida di masa lalu memiliki dampak signifikan pada iklim, meningkatkan efek rumah kaca dengan peningkatan konsentrasi karbon dioksida, yang menyebabkan iklim di seluruh bagian utama Phanerozoic jauh lebih hangat dibandingkan dengan era modern.

Suasana dan kehidupan. Tanpa atmosfer, Bumi akan menjadi planet mati. Kehidupan organik berlangsung dalam interaksi erat dengan atmosfer dan iklim serta cuaca yang terkait. Massa yang tidak signifikan dibandingkan dengan planet ini secara keseluruhan (sekitar sepersejuta bagian), atmosfer adalah kondisi yang sangat diperlukan untuk semua bentuk kehidupan. Nilai terbesar dari gas atmosfer untuk kehidupan organisme adalah oksigen, nitrogen, uap air, karbon dioksida, ozon. Ketika karbon dioksida diserap oleh tanaman fotosintesis, bahan organik dibuat, yang digunakan sebagai sumber energi oleh sebagian besar makhluk hidup, termasuk manusia. Oksigen diperlukan untuk keberadaan organisme aerob, yang aliran energinya disediakan oleh oksidasi bahan organik. Nitrogen yang diserap oleh beberapa mikroorganisme (pemecah nitrogen) diperlukan untuk nutrisi mineral tanaman. Ozon, yang menyerap radiasi UV keras Matahari, secara signifikan melemahkan bagian berbahaya dari radiasi matahari ini. Kondensasi uap air di atmosfer, pembentukan awan dan pengendapan selanjutnya dari pasokan air ke tanah, yang tanpanya tidak ada bentuk kehidupan yang mungkin. Aktivitas vital organisme dalam hidrosfer sebagian besar ditentukan oleh jumlah dan komposisi kimiawi dari gas atmosfer yang dilarutkan dalam air. Karena komposisi kimiawi atmosfer pada dasarnya tergantung pada aktivitas organisme, biosfer dan atmosfer dapat dianggap sebagai bagian dari satu sistem tunggal, pemeliharaan dan evolusi yang (lihat siklus Biogeokimia) sangat penting untuk mengubah komposisi atmosfer di sepanjang sejarah Bumi sebagai sebuah planet.

Radiasi, panas dan keseimbangan air di atmosfer. Radiasi matahari secara praktis adalah satu-satunya sumber energi untuk semua proses fisik di atmosfer. Fitur utama rezim radiasi Atmosfer - apa yang disebut efek rumah kaca: atmosfer mentransmisikan radiasi matahari ke permukaan bumi dengan cukup baik, tetapi secara aktif menyerap radiasi gelombang panjang termal dari permukaan bumi, yang sebagiannya kembali ke permukaan dalam bentuk kontra-radiasi, yang mengkompensasi hilangnya radiasi panas dari permukaan bumi (lihat Radiasi Atmosfer). Dengan tidak adanya atmosfer, suhu rata-rata permukaan bumi adalah -18 ° C, bahkan 15 ° C. Radiasi matahari yang masuk sebagian (sekitar 20%) diserap ke atmosfer (terutama uap air, tetesan air, karbon dioksida, ozon, dan aerosol), dan juga tersebar (sekitar 7%) pada partikel aerosol dan fluktuasi kepadatan (hamburan Rayleigh). Radiasi total yang mencapai permukaan bumi sebagian (sekitar 23%) tercermin darinya. Koefisien refleksi ditentukan oleh reflektivitas permukaan yang mendasarinya, yang disebut albedo. Rata-rata, albedo bumi untuk fluks radiasi matahari integral hampir 30%. Ini bervariasi dari beberapa persen (tanah kering dan chernozem) hingga 70-90% untuk salju segar. Pertukaran panas radiasi antara permukaan bumi dan atmosfer pada dasarnya tergantung pada albedo dan ditentukan oleh radiasi efektif permukaan bumi dan kontra-radiasi atmosfer yang diserap olehnya. Jumlah aljabar fluks radiasi yang memasuki atmosfer bumi dari luar angkasa dan meninggalkannya kembali disebut keseimbangan radiasi.

Transformasi radiasi matahari setelah diserap oleh atmosfer dan permukaan bumi menentukan keseimbangan panas Bumi sebagai sebuah planet. Sumber utama panas untuk atmosfer adalah permukaan bumi; panas dari itu ditransmisikan tidak hanya dalam bentuk radiasi gelombang panjang, tetapi juga dengan konveksi, dan juga dilepaskan selama kondensasi uap air. Bagian dari aliran panas ini masing-masing rata-rata 20%, 7% dan 23%. Ini juga menambahkan sekitar 20% panas karena penyerapan radiasi matahari langsung. Fluks radiasi matahari per unit waktu melalui satu area tegak lurus terhadap sinar matahari dan terletak di luar atmosfer pada jarak rata-rata dari Bumi ke Matahari (konstanta surya) adalah 1367 W / m2, perubahannya 1-2 W / m2 tergantung pada siklus aktivitas matahari. Dengan albedo planet, sekitar 30% dari rata-rata arus masuk global energi matahari ke planet ini adalah 239 W / m2. Karena Bumi sebagai planet memancarkan jumlah energi yang sama ke ruang angkasa, maka, menurut hukum Stefan-Boltzmann, suhu efektif radiasi gelombang panjang termal yang keluar adalah 255 K (-18 ° C). Pada saat yang sama, suhu rata-rata permukaan bumi adalah 15 ° C. Perbedaan 33 ° C terjadi karena efek rumah kaca.

Keseimbangan air atmosfer secara keseluruhan sesuai dengan kesetaraan jumlah uap air yang diuapkan dari permukaan bumi, jumlah curah hujan yang jatuh di permukaan bumi. Atmosfer di atas samudra mendapatkan lebih banyak uap air dari proses penguapan daripada di daratan, dan kehilangan dalam bentuk presipitasi 90%. Kelebihan uap air di atas lautan diangkut ke benua oleh arus udara. Jumlah uap air yang diangkut ke atmosfer dari lautan ke benua adalah sama dengan volume aliran sungai yang mengalir ke lautan.

Pergerakan udara. Bumi memiliki bentuk bulat, oleh karena itu, pada garis lintang tingginya datang radiasi matahari jauh lebih sedikit daripada daerah tropis. Akibatnya, kontras suhu besar muncul di antara garis lintang. Distribusi suhu juga dipengaruhi secara signifikan oleh posisi relatif lautan dan benua. Karena massa air lautan yang besar dan kapasitas panas yang tinggi dari air, fluktuasi musiman pada suhu permukaan laut jauh lebih sedikit daripada daratan. Dalam hubungan ini, di garis lintang tengah dan tinggi, suhu udara di atas lautan terasa lebih rendah di musim panas daripada di benua, dan lebih tinggi di musim dingin.

Pemanasan atmosfer yang tidak merata di berbagai wilayah dunia menyebabkan distribusi spasial tekanan atmosfer yang tidak seragam. Di permukaan laut, distribusi tekanan dicirikan oleh nilai yang relatif rendah di dekat khatulistiwa, peningkatan subtropis (sabuk bertekanan tinggi) dan penurunan garis lintang menengah dan tinggi. Pada saat yang sama, tekanan di musim dingin biasanya meningkat di atas benua lintang ekstratropis, dan di musim panas itu diturunkan, karena distribusi suhu. Di bawah aksi gradien tekanan, udara mengalami akselerasi yang diarahkan dari area bertekanan tinggi ke area rendah, yang mengarah pada pergerakan massa udara. Massa udara yang bergerak juga dipengaruhi oleh gaya defleksi rotasi bumi (gaya Coriolis), gaya gesekan berkurang dengan ketinggian, dan dengan lintasan lengkung dan gaya sentrifugal. Pencampuran udara yang bergolak sangat penting (lihat Turbulensi di atmosfer).

Sistem arus udara yang kompleks (sirkulasi umum atmosfer) dikaitkan dengan distribusi tekanan planet. Dalam bidang meridional, rata-rata, dua atau tiga sel dari sirkulasi meridional dapat dilacak. Di dekat khatulistiwa, udara panas naik dan turun di subtropis, membentuk sel Hadley. Di tempat yang sama udara sel kembalinya Ferrell jatuh. Di lintang tinggi, sel kutub lurus sering ditelusuri. Kecepatan sirkulasi meridional sekitar 1 m / s atau kurang. Karena pengaruh gaya Coriolis, angin barat diamati di sebagian besar atmosfer dengan kecepatan di troposfer tengah sekitar 15 m / s. Ada sistem angin yang relatif stabil. Ini termasuk angin perdagangan - angin yang bertiup dari sabuk bertekanan tinggi di subtropis ke khatulistiwa dengan komponen timur yang nyata (dari timur ke barat). Musim hujan cukup stabil - aliran udara yang jelas bersifat musiman: mereka berhembus dari laut ke daratan di musim panas dan berlawanan arah di musim dingin. Musim hujan Samudra Hindia sangat teratur. Di pertengahan garis lintang, pergerakan massa udara terutama memiliki arah barat (dari barat ke timur). Ini adalah zona front atmosfer di mana pusaran besar muncul - siklon dan antiklon, mencakup ratusan atau bahkan ribuan kilometer. Topan muncul di daerah tropis; di sini mereka dibedakan oleh ukuran yang lebih kecil, tetapi kecepatan angin yang sangat tinggi mencapai kekuatan badai (33 m / s dan lebih), yang disebut siklon tropis. Di Atlantik dan Pasifik timur, mereka disebut angin topan, dan di Pasifik barat mereka adalah topan. Di troposfer atas dan stratosfer bawah di daerah-daerah yang memisahkan sel langsung dari sirkulasi meridional Hadley dan sel Ferrell yang kembali, sering kali relatif sempit, lebar ratusan kilometer, aliran jet dengan batas-batas yang digambarkan dengan tajam, di mana angin mencapai 100-150 dan bahkan 200 m / c.

Iklim dan cuaca. Perbedaan dalam jumlah radiasi matahari, yang datang pada garis lintang berbeda ke permukaan bumi dengan berbagai sifat fisik, menentukan keragaman iklim Bumi. Dari garis khatulistiwa ke garis lintang tropis, suhu udara di permukaan bumi rata-rata 25–30 ° C dan sedikit bervariasi sepanjang tahun. Di sabuk khatulistiwa, biasanya banyak curah hujan turun, yang menciptakan kondisi kelembaban yang berlebihan di sana. Di zona tropis, jumlah curah hujan menurun dan di beberapa daerah menjadi sangat kecil. Berikut adalah padang pasir yang luas di Bumi.

Di lintang subtropis dan menengah, suhu udara bervariasi secara signifikan sepanjang tahun, dan perbedaan antara suhu musim panas dan musim dingin sangat besar di wilayah benua yang jauh dari lautan. Dengan demikian, di beberapa daerah Siberia Timur, amplitudo tahunan suhu udara mencapai 65 ° С. Kondisi pelembapan di garis lintang ini sangat beragam, terutama tergantung pada mode sirkulasi umum atmosfer dan bervariasi secara signifikan dari tahun ke tahun.

Di lintang kutub, suhu tetap rendah sepanjang tahun, bahkan jika ada variasi musiman yang nyata. Ini berkontribusi pada penyebaran luas lapisan es di lautan dan daratan serta lapisan es, yang menempati lebih dari 65% wilayahnya di Rusia, terutama di Siberia.

Perubahan menjadi lebih jelas selama beberapa dekade terakhir. iklim global. Temperatur naik lebih banyak di lintang tinggi daripada di yang rendah; lebih banyak di musim dingin daripada di musim panas; lebih banyak di malam hari daripada siang hari. Selama abad ke-20, suhu udara tahunan rata-rata di permukaan bumi di Rusia telah meningkat 1,5–2 ° C, dan di beberapa wilayah Siberia terjadi peningkatan beberapa derajat. Ini terkait dengan peningkatan efek rumah kaca karena meningkatnya konsentrasi pengotor gas kecil.

Cuaca ditentukan oleh kondisi sirkulasi atmosfer dan lokasi geografis daerah itu, paling stabil di daerah tropis dan paling bervariasi di lintang menengah dan tinggi. Yang terutama, perubahan cuaca di zona perubahan massa udara yang disebabkan oleh lewatnya bagian depan atmosfer, siklon dan antiklon membawa curah hujan dan intensifikasi angin. Data untuk peramalan cuaca dikumpulkan di stasiun cuaca darat, kapal dan pesawat, dari satelit meteorologi. Lihat juga Meteorologi.

Fenomena optik, akustik, dan listrik di atmosfer. Ketika radiasi elektromagnetik menyebar di atmosfer sebagai hasil dari pembiasan, penyerapan dan hamburan cahaya oleh udara dan berbagai partikel (aerosol, kristal es, tetesan air), berbagai fenomena optik muncul: pelangi, mahkota, halo, mirage, dll. Hamburan cahaya menyebabkan ketinggian langit dan langit yang terlihat. warna langit biru Rentang visibilitas objek ditentukan oleh kondisi untuk rambatan cahaya di atmosfer (lihat Visibilitas atmosfer). Dari transparansi atmosfer pada panjang gelombang yang berbeda tergantung pada jarak komunikasi dan kemampuan untuk mendeteksi objek dengan instrumen, termasuk kemungkinan pengamatan astronomi dari permukaan bumi. Fenomena senja memainkan peran penting dalam studi heterogenitas optik stratosfer dan mesosfer. Misalnya, memotret senja dari pesawat ruang angkasa dapat mendeteksi lapisan aerosol. Karakteristik propagasi radiasi elektromagnetik di atmosfer menentukan akurasi metode penginderaan jauh untuk parameternya. Semua pertanyaan ini, seperti banyak pertanyaan lainnya, dipelajari oleh optik atmosfer. Pembiasan dan penyebaran gelombang radio menentukan kemungkinan penerimaan radio (lihat propagasi radio).

Perambatan suara di atmosfer tergantung pada distribusi spasial suhu dan kecepatan angin (lihat akustik atmosfer). Sangat menarik untuk penginderaan jauh dari atmosfer. Ledakan muatan yang diluncurkan oleh roket ke atmosfer atas memberi banyak informasi tentang sistem angin dan perjalanan suhu di stratosfer dan mesosfer. Dalam atmosfer bertingkat yang stabil, ketika suhu menurun dengan ketinggian lebih lambat dari gradien adiabatik (9,8 K / km), yang disebut gelombang internal muncul. Gelombang ini dapat merambat ke atas ke stratosfer dan bahkan ke mesosfer, di mana mereka menipis, berkontribusi terhadap peningkatan angin dan turbulensi.

Muatan negatif dari Bumi dan medan listrik yang disebabkan olehnya, bersama dengan ionosfer dan magnetosfer yang bermuatan listrik, menciptakan sirkuit listrik global. Peran penting dimainkan oleh pembentukan awan dan listrik badai. Bahaya pembuangan petir telah menyebabkan kebutuhan untuk mengembangkan metode untuk proteksi petir bangunan, struktur, saluran listrik dan komunikasi. Fenomena ini sangat berbahaya untuk penerbangan. Pelepasan badai menyebabkan gangguan atmosfer, yang dikenal sebagai atmosfer (lihat Bersiul atmosfer). Selama peningkatan tajam dalam intensitas medan listrik, pelepasan bercahaya diamati, muncul di ujung dan sudut tajam benda yang menonjol di atas permukaan bumi, pada puncak yang terpisah di pegunungan, dll. (Lampu Elma). Atmosfer selalu mengandung jumlah ion cahaya dan berat yang sangat bervariasi tergantung pada kondisi spesifik, yang menentukan konduktivitas listrik atmosfer. Ionisasi udara utama di permukaan bumi adalah radiasi zat radioaktif yang terkandung di kerak bumi dan di atmosfer, serta sinar kosmik. Lihat juga Listrik atmosfer.

Pengaruh manusia terhadap atmosfer.  Selama berabad-abad yang lalu, telah terjadi peningkatan konsentrasi gas rumah kaca di atmosfer sebagai akibat dari aktivitas manusia. Persentase karbon dioksida meningkat dari 2,8-10 2 dua ratus tahun yang lalu menjadi 3,8-10 2 pada 2005, kandungan metana meningkat dari 0,7-10 1 sekitar 300-400 tahun yang lalu menjadi 1,8-10 -4 pada awal abad ke-21; sekitar 20% dari peningkatan efek rumah kaca selama abad yang lalu diberikan oleh freon, yang praktis tidak ada di atmosfer sampai pertengahan abad ke-20. Zat-zat ini diakui sebagai perusak ozon stratosfer, dan produksinya dilarang oleh Protokol Montreal 1987. Meningkatnya konsentrasi karbon dioksida di atmosfer disebabkan oleh pembakaran jumlah batu bara, minyak, gas, dan jenis bahan bakar karbon lainnya yang terus meningkat, serta oleh pengurangan hutan, yang mengakibatkan penurunan penyerapan karbon dioksida melalui fotosintesis. Konsentrasi metana meningkat dengan pertumbuhan produksi minyak dan gas (karena kehilangannya), serta dengan ekspansi tanaman padi dan peningkatan jumlah ternak. Semua ini berkontribusi pada pemanasan iklim.

Untuk mengubah cuaca, metode pengaruh aktif pada proses atmosfer telah dikembangkan. Mereka digunakan untuk melindungi tanaman pertanian dari hujan es dengan menyebarkan reagen khusus dalam awan badai. Ada juga metode untuk menyebarkan kabut di bandara, melindungi tanaman dari embun beku, memengaruhi awan untuk meningkatkan curah hujan di tempat yang tepat atau menyebarkan awan di acara-acara publik.

Menjelajahi suasana. Informasi tentang proses fisik di atmosfer diperoleh terutama dari pengamatan meteorologi, yang dilakukan oleh jaringan global stasiun meteorologi yang beroperasi secara permanen dan pos-pos yang terletak di semua benua dan di banyak pulau. Pengamatan harian memberikan informasi tentang suhu dan kelembaban udara, tekanan atmosfer dan curah hujan, kekeruhan, angin, dll. Pengamatan radiasi matahari dan transformasinya dilakukan di stasiun aktinometrik. Yang sangat penting untuk studi atmosfer adalah jaringan stasiun udara atas, di mana pengukuran meteorologis dilakukan dengan radiosondes ke ketinggian 30-35 km Di sejumlah stasiun, pengamatan dilakukan terhadap ozon atmosfer, fenomena listrik di atmosfer, dan komposisi kimiawi udara.

Data dari stasiun darat dilengkapi dengan pengamatan di lautan, di mana "kapal cuaca" beroperasi, yang secara konstan terletak di area tertentu di lautan, serta informasi meteorologi yang diperoleh dari penelitian dan kapal lain.

Dalam beberapa dekade terakhir, semakin banyak informasi tentang atmosfer telah diperoleh dengan bantuan satelit meteorologi, di mana instrumen dipasang untuk memotret awan dan mengukur fluks radiasi ultraviolet, inframerah, dan gelombang mikro dari matahari. Satelit memberikan informasi tentang profil vertikal suhu, kekeruhan dan penyimpanan airnya, elemen keseimbangan radiasi atmosfer, suhu permukaan laut, dll. Dengan menggunakan pengukuran refraksi sinyal radio dari sistem satelit navigasi, dimungkinkan untuk menentukan profil vertikal kepadatan, tekanan dan suhu di atmosfer, serta kadar air . Dengan bantuan satelit, menjadi mungkin untuk mengklarifikasi nilai konstanta matahari dan albedo planet Bumi, membangun peta keseimbangan radiasi sistem atmosfer Bumi, mengukur konten dan variabilitas pengotor atmosfer kecil, dan memecahkan banyak masalah fisika atmosfer dan pemantauan lingkungan lainnya.

Lit.: Budyko M. I. Iklim di masa lalu dan masa depan. L., 1980; Matveev L. T. Kursus meteorologi umum. Fisika atmosfer. 2nd ed. L., 1984; Budyko M. I., Ronov A. B., Yanshin A. L. Sejarah atmosfer. L., 1985; Khrgian A. Kh. Fisika Atmosfer. M., 1986; Suasana: Referensi. L., 1991; Khromov S.P., Petrosyants M.A. Meteorologi dan Klimatologi. Edisi ke-5. M., 2001.

G. S. Golitsyn, N. A. Zaitsev.

Atmosfer adalah cangkang gas Bumi dengan partikel aerosol yang terkandung di dalamnya, bergerak bersama dengan Bumi di ruang dunia secara keseluruhan dan pada saat yang sama mengambil bagian dalam rotasi Bumi. Di dasar atmosfer, kehidupan kita pada dasarnya mengalir.

Hampir semua planet di tata surya kita memiliki atmosfernya, tetapi hanya atmosfer terestrial yang mampu menopang kehidupan.

Ketika planet kita terbentuk 4,5 miliar tahun yang lalu, maka, tampaknya, ia kehilangan atmosfer. Atmosfer terbentuk sebagai hasil emisi vulkanik dari uap air dengan kotoran karbon dioksida, nitrogen, dan bahan kimia lainnya dari perut planet muda. Tetapi atmosfer mungkin mengandung jumlah air yang terbatas, sehingga kelebihannya sebagai akibat dari kondensasi memunculkan lautan. Namun kemudian atmosfer kekurangan oksigen. Organisme hidup pertama, yang berasal dan berkembang di lautan, sebagai hasil dari reaksi fotosintesis (H 2 O + CO 2 = CH 2 O + O 2) mulai melepaskan sebagian kecil oksigen, yang mulai memasuki atmosfer.

Pembentukan oksigen di atmosfer bumi menyebabkan pembentukan lapisan ozon di ketinggian sekitar 8-30 km. Dan, dengan demikian, planet kita telah memperoleh perlindungan dari efek merusak dari penelitian ultraviolet. Keadaan ini adalah dorongan untuk evolusi lebih lanjut dari bentuk kehidupan di Bumi, sejak saat itu sebagai hasil dari peningkatan fotosintesis, jumlah oksigen di atmosfer mulai tumbuh dengan cepat, yang berkontribusi pada pembentukan dan pemeliharaan bentuk kehidupan, termasuk di darat.

Hari ini, atmosfer kita adalah 78,1% nitrogen, 21% oksigen, 0,9% argon, 0,04% karbon dioksida. Dibandingkan dengan gas utama, neon, helium, metana, dan kripton merupakan fraksi yang sangat kecil.

Partikel gas yang terkandung di atmosfer dipengaruhi oleh gaya gravitasi Bumi. Dan, mengingat bahwa udara dikompresi, kerapatannya secara bertahap berkurang dengan ketinggian, melewati ke luar angkasa tanpa batas yang jelas. Setengah dari seluruh massa atmosfer bumi terkonsentrasi di bagian bawah 5 km, tiga perempat di bagian bawah 10 km, sembilan per sepuluh di bagian bawah 20 km. 99% massa atmosfer Bumi terkonsentrasi di bawah ketinggian 30 km, yang hanya 0,5% dari jari-jari khatulistiwa planet kita.

Di permukaan laut, jumlah atom dan molekul per sentimeter kubik udara sekitar 2 * 10 19, pada ketinggian 600 km, hanya 2 * 10 7. Di permukaan laut, sebuah atom atau molekul terbang sekitar 7 * 10 -6 cm sebelum bertabrakan dengan partikel lain. Pada ketinggian 600 km, jarak ini sekitar 10 km. Dan di permukaan laut, sekitar 7 * 10 9 tabrakan tersebut terjadi setiap detik, pada ketinggian 600 km - hanya sekitar satu per menit!

Namun tekanan tidak hanya berubah dengan ketinggian. Suhunya juga berubah. Sebagai contoh, di kaki gunung yang tinggi bisa sangat panas, sedangkan puncak gunung ditutupi dengan salju dan suhunya ada pada saat yang sama di bawah nol. Tetapi penting untuk menaiki pesawat ke ketinggian sekitar 10-11 km, karena Anda dapat mendengar pesan yang berlebihan -50 derajat, sedangkan permukaan bumi lebih hangat 60-70 derajat ...

Awalnya, para ilmuwan mengasumsikan bahwa suhu menurun dengan ketinggian hingga mencapai nol absolut (-273,16 ° C). Tapi ternyata tidak.

Atmosfer bumi terdiri dari empat lapisan: troposfer, stratosfer, mesosfer, ionosfer (termosfer). Pembagian tersebut menjadi lapisan diambil berdasarkan data tentang perubahan suhu dengan ketinggian. Lapisan paling bawah, di mana suhu udara turun dengan ketinggian, disebut troposfer. Lapisan di atas troposfer, tempat penurunan suhu berhenti, digantikan oleh isotermal dan, akhirnya, suhu mulai naik, yang disebut stratosfer. Lapisan di atas stratosfer, di mana suhunya turun dengan cepat lagi, adalah mesosfer. Dan, akhirnya, lapisan tempat suhu naik lagi disebut ionosfer atau termosfer.

Troposfer memanjang rata-rata di 12 km lebih rendah. Di dalamnya pembentukan cuaca kita terjadi. Awan tertinggi (cirrus) terbentuk di lapisan paling atas dari troposfer. Suhu di troposfer berkurang secara adiabatik dengan ketinggian, mis. perubahan suhu ini disebabkan oleh penurunan tekanan dengan ketinggian. Profil suhu troposfer sebagian besar disebabkan oleh radiasi matahari yang datang ke permukaan bumi. Sebagai hasil dari pemanasan Matahari pada permukaan Bumi, aliran konvektif dan turbulen terbentuk, diarahkan ke atas, yang membentuk cuaca. Perlu dicatat bahwa pengaruh permukaan yang mendasarinya pada lapisan bawah troposfer meluas hingga ketinggian sekitar 1,5 km. Tentu saja, tidak termasuk daerah pegunungan.

Batas atas troposfer adalah tropopause, lapisan isotermal. Ingat bentuk karakteristik awan badai, yang di atasnya adalah "ejeksi" awan cirrus, yang disebut "landasan". "Landasan" ini hanya "menyebar" di bawah tropopause, sejak itu karena isotermia, aliran udara yang naik secara signifikan melemah, dan awan berhenti berkembang secara vertikal. Tetapi dalam kasus khusus yang jarang terjadi, puncak awan cumulonimbus dapat menyerang stratosfer bagian bawah, mengatasi tropopause.

Ketinggian tropopause tergantung pada garis lintang. Jadi, di khatulistiwa, ia berada di ketinggian sekitar 16 km, dan suhunya sekitar -80 ° C. Di kutub tropopause terletak di bawah - kira-kira pada ketinggian 8 km. Di musim panas, suhu di sini adalah -40 ° C, dan -60 ° C di musim dingin. Jadi, meski lebih suhu tinggi  di permukaan bumi, tropopause tropis jauh lebih dingin daripada di kutub.

Lebih jauh, di stratosfer, suhu tidak berkurang dengan ketinggian, tetapi sebaliknya meningkat hingga mencapai -30 ° C ... + 20 ° C tergantung pada musim dan garis lintang pada ketinggian sekitar 48 km. Peningkatan suhu ini disebabkan oleh interaksi radiasi ultraviolet dengan lapisan ozon, yang terletak tepat di stratosfer. Omong-omong, stratosfer juga mempengaruhi cuaca. Baru-baru ini, penelitian telah muncul yang menunjukkan hubungan antara parameter stratosfer dan anomali suhu permukaan. Mungkin, pengembangan studi ini akan memungkinkan para ilmuwan untuk mengembangkan metode yang lebih maju dan akurat untuk perkiraan jangka panjang anomali suhu di permukaan bumi (selama 30-40 hari).

Harus ditambahkan bahwa jumlah uap air di stratosfer menurun tajam, tetapi kandungan ozon meningkat. Dengan demikian, kontras yang jelas terbentuk antara ozon basah dan miskin-ozon oleh troposfer dan stratosfer kering, tetapi kaya-ozon.

Meskipun stratosfer kering, di musim dingin, di lintang tinggi, awan masih bisa terbentuk di ketinggian 17 hingga 30 km.

Stratosfer memanjang hingga sekitar 48 km di atas permukaan planet kita dan, bersama dengan troposfer, menyumbang 99,9% dari atmosfer kita.

Batas atas stratosfer adalah stratopause.

Di atas stratopause, suhu mulai turun lagi. Lapisan ini disebut mesosfer dan terletak di atmosfer tengah. Di lapisan atas mesosfer, suhu turun menjadi -90 ° C. Fenomena cahaya yang indah di atmosfer, seperti kilatan meteor, lahir di mesosfer. Karena itu, memperhatikan "bintang jatuh", ingat bahwa fenomena ini kita lihat di mesosfer. Juga di lapisan atas mesosfer, awan noctilucent misterius terbentuk, yang di belahan bumi utara dapat diamati pada malam musim panas yang singkat dari Mei hingga Agustus di atas cakrawala utara. Mesosfer berakhir pada sebuah mesopause pada ketinggian sekitar 85 km. Di lintang tinggi, suhu mesopause bervariasi dari -120 ° C di musim panas hingga -50 ° di musim dingin.

Pada bulan-bulan musim panas dengan peningkatan gradien suhu vertikal di mesosfer selama lintang tinggi, termasuk. Karena suhu maksimum stratopause karena masuknya maksimum radiasi matahari, arus naik terbentuk, yang mengarah pada pembentukan awan tipis, yang disebut perak. Awan Noctilucent terbentuk di mesosfer atas pada ketinggian sekitar 80 km di atas permukaan bumi.

Lapisan atas atmosfer disebut ionosfer (termosfer). Di sini, suhu mulai naik lagi, dan ke nilai signifikan (hingga 500-1000 ° K, tergantung pada aktivitas matahari). Variasi suhu harian di sini berjumlah ratusan derajat! Tetapi udara di sini sangat kosong sehingga konsep "suhu" dalam pemahaman kita di sini tidak banyak berarti.

Fenomena alam yang indah seperti aurora terjadi di ionosfer.

Ketinggian termopause tergantung pada aktivitas matahari bervariasi dari 200 hingga 500 km. Di atas 500 km, penentuan suhu adalah tugas yang sangat sulit karena penyingkapan ekstrem dari batas paling atas atmosfer bumi ini.