Atmosferos sluoksniai, atmosferos sluoksnių struktūra. Atmosferos sluoksniai

Atmosfera yra įvairių dujų mišinys. Jis tęsiasi nuo Žemės paviršiaus iki 900 km aukščio, apsaugodamas planetą nuo žalingo saulės spindulių spektro ir jame yra dujų, reikalingų visam planetos gyvenimui. Atmosfera išlaiko saulės šilumą, šildo orą prie žemės paviršiaus ir sukuria palankų klimatą.

Atmosferos sudėtis

Žemės atmosferą sudaro daugiausia du dujos - azotas (78%) ir deguonis (21%). Be to, jame yra anglies dioksido ir kitų dujų priemaišų. atmosferoje egzistuoja garai, drėgmės lašai debesyse ir ledo kristalai.

Atmosferos sluoksniai

Atmosferą sudaro daug sluoksnių, tarp kurių nėra aiškių ribų. Skirtingų sluoksnių temperatūra labai skiriasi.

Nerūdijantis magnetosfera. Čia dauguma Žemės palydovų skrenda už žemės atmosferos. Eksosfera (450–500 km nuo paviršiaus). Beveik nėra dujų. Kai kurie orų palydovai skrenda eksosferoje. Termosfera (80–450 km) pasižymi aukšta temperatūra, viršutiniame sluoksnyje pasiekusi 1700 ° C. Mesosphere (50-80 km). Šioje srityje sumažėja, kai padidėja aukštis. Būtent čia daugelis meteoritų (kosminių uolienų fragmentai) patenka į atmosferą. Stratosfera (15-50 km). Jame yra ozono, t. Y. Ozono sluoksnio, kuris sugeria saulės ultravioletinę spinduliuotę. Tai lemia temperatūros padidėjimą prie Žemės paviršiaus. Jet lėktuvai paprastai skrenda čia, nes matomumas šiame žodyje yra labai geras ir dėl oro sąlygų beveik nesikiša. Troposfera. Aukštis svyruoja nuo 8 iki 15 km nuo žemės paviršiaus. Štai kur formuojasi planetos orai, kaip Šiame sluoksnyje yra daugiausia vandens garų, dulkių ir vėjų. Temperatūra mažėja, kai atstumas nuo žemės paviršiaus.

Atmosferos slėgis

Nors tai nejaučiame, atmosferos sluoksniai daro spaudimą Žemės paviršiui. Didžiausias atmosferos slėgis yra šalia paviršiaus ir, kai jis nutolęs nuo jo, jis palaipsniui mažėja. Tai priklauso nuo žemės ir vandenyno temperatūros, todėl tose pačiose aukštyje virš jūros lygio esančiose vietose dažnai būna kitoks spaudimas. Žemas slėgis atneša drėgno oro, o kai aukštas slėgis paprastai nustato aiškius orus.

Oro masių judėjimas atmosferoje

Temperatūros ir slėgio pokyčiai sukelia atmosferą į apatinius atmosferos sluoksnius. Tokiu būdu vėjai smūgiuoja nuo aukšto slėgio vietų į žemas zonas. Daugelyje regionų yra vietiniai vėjai, kuriuos sukelia žemės ir jūros temperatūros pokyčiai. Kalnai taip pat turi didelę įtaką vėjo krypčiai.

Šiltnamio efektas

Anglies dioksidas ir kitos dujos, kurios yra žemės atmosferos dalis, išlaiko saulės šilumą. Šis procesas vadinamas šiltnamio efektu, nes jis daugeliu atvejų primena šilumos cirkuliaciją šiltnamiuose. Šiltnamio efektas reiškia visuotinis atšilimas  planetoje. Aukšto slėgio vietose - anticiklonai - aiškūs saulėti orai. Žemo slėgio zonose - ciklonai - paprastai būna nestabilus oras. Šiluma ir šviesa patenka į atmosferą. Dujos sulaiko šilumą, atsispindinčius nuo žemės paviršiaus, taip sukeldamos temperatūrą Žemėje.

Stratosferoje yra specialus ozono sluoksnis. Ozonas sulaiko didžiąją dalį Saulės ultravioletinės spinduliuotės, saugodamas Žemę ir visą jos gyvenimą. Mokslininkai nustatė, kad ozono sluoksnio sunaikinimo priežastis yra specialios chlorfluorangliavandenilių dujos, esančios kai kuriuose aerozoliuose ir šaldymo įrenginiuose. Per Arkties regioną ir Antarktidą ozono sluoksnyje buvo aptiktos didžiulės skylės, kurios prisidėjo prie Žemės paviršiaus veikiančios ultravioletinės spinduliuotės padidėjimo.

Ozonas susidaro apatinėje atmosferoje dėl cheminės reakcijos tarp saulės spindulių ir įvairių išmetamųjų dujų bei dujų. Paprastai jis išsklaidomas per atmosferą, tačiau, jei šiltas oras sluoksnis užsidaro šaltą formą, atsiranda ozono koncentratai ir smogas. Deja, tai negali kompensuoti ozono praradimo ozono skylėse.

Palydovinė nuotrauka aiškiai rodo, kad ozono sluoksnis yra ant Antarktidos. Skylės dydis skiriasi, tačiau mokslininkai mano, kad jis nuolat didėja. Bandoma sumažinti išmetamųjų dujų kiekį atmosferoje. Oro tarša turėtų būti sumažinta, o miestuose turėtų būti naudojamas rūkomasis kuras. Smogas daugeliui žmonių sukelia akių dirginimą ir užspringimą.

Žemės atmosferos atsiradimas ir evoliucija

Šiuolaikinė Žemės atmosfera yra ilgos evoliucinės raidos rezultatas. Jis atsirado dėl bendrų geologinių veiksnių ir gyvybiškai svarbių organizmų veiklos. Per visą savo geologinę istoriją žemės atmosfera buvo atlikta keliais giliais rekonstrukcijomis. Remiantis geologiniais duomenimis ir teoriniais (prielaidomis, nesugadinta jaunosios Žemės atmosfera, buvusi maždaug prieš 4 milijardus metų, gali būti inertinių ir tauriųjų dujų mišinys su nedideliu pasyvaus azoto pridėjimu (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987, O. G. Sorokhtinas, S. A. Ushakovas, 1991, 1993) Šiuo metu požiūris į ankstyvosios atmosferos sudėtį ir struktūrą šiek tiek pasikeitė, pirminė atmosfera (protoatmosfera) ankstyvojoje protoplanetinėje stadijoje. 4,2 milijardo metų amžiaus gali būti metano, amoniako ir anglies mišinys Dėl dulkių ir aktyvių atmosferos procesų, atsirandančių ant žemės paviršiaus, degimo, vandens garai, anglies junginiai CO 2 ir CO, sieros ir jo junginių pavidalu, taip pat stiprios halogeno rūgštys - HCI, HF, HI ir boro rūgštis, pradėjo patekti į atmosferą. tai buvo papildyta metanu, amoniaku, vandeniliu, argonu ir kai kuriomis kitomis tauriųjų dujų atmosferoje. Ši pirminė atmosfera buvo labai plona. Todėl temperatūra žemės paviršiuje buvo artima spinduliavimo pusiausvyros temperatūrai (A. S. Monin, 1977).

Laikui bėgant pradeda transformuotis pirminės atmosferos dujų sudėtis, paveikta ant žemės paviršiaus išsikišusių uolų, cianobakterijų ir mėlynai žaliųjų dumblių, vulkaninių procesų ir saulės spindulių poveikio. Tai lėmė metano skilimą į vandenilį ir anglies dioksidą, amoniaką - į azotą ir vandenilį; anglies dioksidas, kuris lėtai nusileido į žemės paviršių, o antrinėje atmosferoje pradėjo kauptis azotas. Dėl mėlynai žaliųjų dumblių aktyvumo fotosintezės metu susidarė deguonis, kuris pradžioje buvo daugiausia panaudotas „atmosferos dujų oksidacijai ir tada uoloms. Šiuo atveju atmosferoje intensyviai susikaupė amoniakas, oksiduotas iki molekulinio azoto. Manoma, kad didelė dalis azoto šiuolaikinėje atmosferoje yra reliktas. Metanas ir anglies monoksidas buvo oksiduoti į anglies dioksidą. Sieras ir vandenilio sulfidas buvo oksiduoti iki SO 2 ir SO 3, kurie dėl didelio mobilumo ir lengvumo greitai išlipo iš atmosferos. Taigi, mažėjančios atmosferos, kaip tai buvo Archean ir Early Proterozoic, palaipsniui tapo oksiduojančia.

Anglies dioksidas į atmosferą pateko dėl oksido oksido, o dėl akmenų degimo ir atmosferos poveikio. Jei atmosferoje būtų išsaugotas visas visas Žemės istorijoje išleistas anglies dioksidas, jo dalinis slėgis dabar galėtų tapti toks pat kaip ir Veneros (O. Sorokhtinas, S. A. Ushakovas, 1991). Bet Žemėje vyko atvirkštinis procesas. Didelė dalis atmosferos anglies dioksido buvo ištirpinta hidrosferoje, kurioje hidrobionai jį panaudojo savo korpuso gamybai ir biogeniniu būdu pavertė karbonatais. Vėliau susidarė galingiausi chemogeninių ir organogeninių karbonatų sluoksniai.

Deguonis pateko į atmosferą iš trijų šaltinių. Ilgą laiką, pradedant nuo Žemės atsiradimo momento, jis buvo išleistas degančio degimo metu ir daugiausia buvo panaudotas oksidacijos procesams, o kitas deguonies šaltinis buvo vandens garų fotodisocija kietajame ultravioletiniame saulės spindulyje. Parodymai; laisvas deguonis atmosferoje lėmė daugelio prokariotų, kurie gyveno mažinančiomis sąlygomis, mirtį. Prokariotiniai organizmai pakeitė savo buveinę. Jie paliko Žemės paviršių į savo gylyje ir vietovėse, kuriose vis dar liko atkūrimo sąlygos. Jie buvo pakeisti eukariotais, kurie pradėjo energingai konvertuoti anglies dioksidą į deguonį.

Archaeano ir didelės proterozoikinės dalies metu beveik visas deguonis, susidarantis abiogeniniu ir biogeniniu būdu, daugiausia buvo panaudotas geležies ir sieros oksidacijai. Pasibaigus proterozoikui, visas metalinis geležis, kuris buvo ant žemės paviršiaus, oksidavo arba perėjo į žemės šerdį. Dėl to pasikeitė dalinis deguonies slėgis ankstyvojoje proterozoinėje atmosferoje.

Proterozojaus viduryje deguonies koncentracija atmosferoje pasiekė Yuri tašką ir buvo 0,01% dabartinio lygio. Nuo to laiko deguonis pradėjo kauptis atmosferoje ir, greičiausiai, Riphean pabaigoje pasiekė Pasteur tašką (0,1% dabartinio lygio). Galbūt Vendų laikotarpiu ozono sluoksnis atsirado ir niekada neišnyko.

Laisvo deguonies atsiradimas žemės atmosferoje paskatino gyvenimo evoliuciją ir lėmė naujų formų atsiradimą, pasižymėdamas tobulesniu metabolizmu. Jei anksčiau, eukariotinės vienaląsčių dumblių ir cianonų, atsiradusių proterozoikų pradžioje, reikėjo tik 10-3 jo deguonies koncentracijos vandenyje, tada su skeleto neturinčiu Metazoa pasirodymo pradžioje, ty apie 650 milijonų metų, deguonies koncentracija atmosferoje turėtų būti daug didesnis. Galų gale, Metazoa naudojo deguonies kvėpavimą, todėl buvo reikalaujama, kad dalinis deguonies slėgis pasiektų kritinį lygį - Pasteur tašką. Tokiu atveju anaerobinis fermentacijos procesas buvo pakeistas energetiškai perspektyvesniu ir progresuojančiu deguonies metabolizmu.

Po to tolesnis deguonies kaupimasis žemės atmosferoje įvyko gana greitai. Palaipsniui didėjant mėlynai žaliųjų dumblių kiekiui, pasiekta deguonies lygio atmosferoje, reikalingoje gyvūnų pasauliui išlaikyti. Tam tikras deguonies kiekio stabilizavimas atmosferoje įvyko nuo to momento, kai augalai pasiekė žemę - maždaug prieš 450 milijonų metų. Dėl silūro periodo įvykusių augalų atsiradimo žemėje buvo galutinai stabilizuotas deguonies kiekis atmosferoje. Nuo to laiko jo koncentracija pradėjo svyruoti gana siaurose ribose, niekada neviršydama gyvenimo egzistavimo sistemos. Pilnai deguonies koncentracija atmosferoje stabilizavosi nuo žydinčių augalų atsiradimo. Šis įvykis įvyko Kretos viduryje, t.y. apie 100 milijonų metų.

Didžioji dalis azoto susidarė ankstyvosiose Žemės raidos stadijose, daugiausia dėl amoniako skilimo. Atvykus organizmams, prasidėjo atmosferos azoto susiejimas su organinėmis medžiagomis ir jo laidojimas jūros nuosėdose. Po organizmų išleidimo į žemę azotas buvo palaidotas žemyninėse nuosėdose. Atvykus sausumos augalams, ypač padidėjo laisvo azoto apdorojimas.

Kriptozoikos ir fanozozo, ty prieš maždaug 650 milijonų metų, anglies dioksido kiekis atmosferoje sumažėjo iki dešimtosios procentų, o turinys artimas dabartiniam lygiui, jis pasiekė tik neseniai, maždaug 10-20 milijonų metų. prieš

Taigi atmosferos dujų sudėtis ne tik suteikė organizmams gyvenimo erdvę, bet ir nustatė jų gyvybinės veiklos ypatumus, skatino persikėlimą ir evoliuciją. Dėl to, kad dėl kosminių ir planetinių priežasčių organizmams palankios atmosferos dujų sudėties pasiskirstymo sutrikimai, atsirado dėl masinio ekstensyvaus pasaulio išnykimo, kuris kartais įvyko cryptozoa ir tam tikruose Phanerozoic istorijos punktuose.

Etnologijos atmosferos funkcijos

Žemės atmosfera suteikia reikiamą medžiagą, energiją ir lemia medžiagų apykaitos procesų kryptį ir greitį. Šiuolaikinės atmosferos dujų sudėtis yra optimali gyvenimo egzistavimui ir vystymuisi. Būdama orų ir klimato formavimosi zona, atmosfera turėtų sukurti patogias sąlygas žmonių, gyvūnų ir augmenijos gyvenimui. Nukrypimai viena ar kita kryptimi, nes oro kokybė ir oro sąlygos sukuria ekstremalias sąlygas gyvūnų ir augalų pasauliui, taip pat ir žmonėms.

Žemės atmosfera ne tik sudaro sąlygas žmonijos egzistavimui, ir yra pagrindinė etnosferos evoliucijos priežastis. Kartu paaiškėja, kad tai yra energijos ir žaliavų šaltinis gamybai. Apskritai, atmosfera yra veiksnys, saugantis žmonių sveikatą, o kai kurios sritys, atsižvelgiant į jų fizines-geografines sąlygas ir oro kokybę, yra rekreacinės zonos ir yra teritorijos, skirtos sanatorijos gydymui ir žmonių poilsiui. Taigi atmosfera yra estetinio ir emocinio poveikio veiksnys.

Visai neseniai apibrėžtos etaloninės ir techninės atmosferos funkcijos (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001) reikalauja nepriklausomo ir išsamaus tyrimo. Taigi energetinių atmosferos funkcijų tyrimas yra labai aktualus tiek aplinkai žalingų procesų atsiradimo ir veikimo, tiek poveikio žmonių sveikatai ir gerovei požiūriu. Šiuo atveju kalbame apie ciklonų ir anticiklonų energiją, atmosferos vorteksus, atmosferos slėgį ir kitus ekstremalius atmosferos reiškinius, kurių veiksmingas panaudojimas padės sėkmingai išspręsti alternatyvių energijos šaltinių, kurie neužteršia aplinkos, problemą. Galų gale, oro aplinka, ypač jos dalis, esanti virš Pasaulio vandenyno, yra didžiulės laisvos energijos išleidimo sritis.

Pavyzdžiui, nustatyta, kad vidutinio stiprumo tropiniai ciklonai gamina energiją per dieną, o tai atitinka 500 tūkst. Atominių bombų, nukritusių į Hirosimą ir Nagasakį. 10 dienų nuo tokio ciklono egzistavimo energija išleidžiama, kad būtų patenkinti visi energijos poreikiai tokiai šaliai kaip JAV 600 metų.

Pastaraisiais metais buvo išleistas didelis gamtos mokslų mokslininkų darbas, tam tikru mastu susijęs su įvairiais veiklos aspektais ir atmosferos poveikiu žemės procesams, o tai rodo tarpdisciplininių sąveikų intensyvėjimą šiuolaikiniame gamtos moksle. Tuo pačiu metu išryškėja tam tikrų jos sričių integracinis vaidmuo, tarp kurio reikia pažymėti funkcinę-ekologinę geoekologijos kryptį.

Ši kryptis skatina analizuoti ir teoriškai apibendrinti informaciją apie aplinkos funkcijas ir įvairių geosferų planetinį vaidmenį, o tai savo ruožtu yra svarbi prielaida, kad būtų sukurta metodika ir mokslinis pagrindas mūsų planetos visapusiškam tyrimui, racionaliam jos gamtos išteklių naudojimui ir apsaugai.

Žemės atmosferą sudaro keli sluoksniai: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera, jonosfera ir eksosfera. Viršutinėje troposferos dalyje ir apatinėje stratosferos dalyje yra ozonu praturtintas sluoksnis, vadinamas ozono ekranu. Nustatyti tam tikri ozono pasiskirstymo (kasdieniniai, sezoniniai, metiniai ir tt) modeliai. Nuo pat jos įkūrimo atmosfera daro įtaką planetinių procesų eigai. Pagrindinė atmosferos sudėtis buvo visiškai kitokia nei dabar, tačiau laikui bėgant molekulinio azoto santykis ir vaidmuo nuolat augo, laisvas deguonis pasirodė prieš 650 milijonų metų, kurių kiekis nuolat didėjo, tačiau anglies dioksido koncentracija atitinkamai sumažėjo. Didelis atmosferos judumas, jo dujų sudėtis ir aerozolių buvimas lemia jo svarbų vaidmenį ir aktyvų dalyvavimą įvairiuose geologiniuose ir biosferiniuose procesuose. Atmosferos vaidmuo yra puikus, skirstant saulės energiją ir kuriant katastrofiškus gamtos reiškinius ir nelaimes. Atmosferos eddai - tornadas, uraganai, taifūnai, ciklonai ir kiti reiškiniai neigiamai veikia ekologinį pasaulį ir natūralias sistemas. Pagrindiniai taršos šaltiniai kartu su natūraliais veiksniais yra įvairios žmogaus ūkinės veiklos formos. Antropogeninis poveikis atmosferai yra išreikštas ne tik įvairių aerozolių ir šiltnamio efektą sukeliančių dujų išvaizda, bet ir vandens garų kiekio padidėjimu ir pasireiškia smogo ir rūgštinio lietaus pavidalu. Šiltnamio efektą sukeliančios dujos keičia žemės paviršiaus temperatūros režimą, kai kurių dujų išmetimas sumažina ozono ekrano tūrį ir prisideda prie ozono skylių atsiradimo. Žemės atmosferos etnospherinis vaidmuo yra puikus.

Atmosferos vaidmuo natūraliuose procesuose

Paviršiaus atmosfera dėl savo tarpinės būsenos tarp litosferos ir išorinės erdvės bei jos dujų sudėties sudaro sąlygas gyvybiškai svarbiam organizmų aktyvumui. Tuo pačiu metu atmosfera ir uolienų naikinimo intensyvumas, transportavimas ir kaupimasis priklauso nuo kritulių kiekio, pobūdžio ir dažnumo, vėjo dažnių ir stiprumo bei ypač oro temperatūros. Atmosfera yra pagrindinė klimato sistemos dalis. Oro temperatūra, drėgmė, debesys ir krituliai, vėjas - visa tai apibūdina orą, t. Y. Nuolat besikeičiančią atmosferos būseną. Tuo pačiu metu tie patys komponentai taip pat apibūdina klimatą, t. Y. Vidutinį ilgalaikį orų modelį.

Dujų sudėtis, debesų buvimas ir įvairios priemaišos, vadinamos aerozolinėmis dalelėmis (pelenai, dulkės, vandens garų dalelės), nustato saulės spinduliuotės patekimo į atmosferą ypatumus ir trukdo šilumos spinduliavimui į Žemę išeiti.

Žemės atmosfera yra labai judri. Procesai ir dujų sudėties, storio, debesų, skaidrumo ir tam tikrų aerozolio dalelių buvimo pokyčiai daro įtaką oro sąlygoms ir klimatui.

Natūralių procesų, taip pat gyvenimo ir veiklos Žemėje veiksmą ir kryptį lemia saulės spinduliuotė. Tai sudaro 99,98% šilumos, patekusios į žemės paviršių. Kiekvienais metais ji yra 134 * 1019 kcal. Šį šilumos kiekį galima gauti deginant 200 mlrd. Tonų anglies. Vandenilio tiekimas, kuris sukuria šį termobranduolinės energijos srautą Saulės masėje, yra pakankamas bent dar 10 milijardų metų, t. Y. Laikotarpiui, kuris yra dvigubai didesnis už pačią mūsų planetą.

Apie 1/3 visos į atmosferos viršutinę ribą patekusios saulės energijos atsispindi atgal į pasaulinę erdvę, 13% absorbuoja ozono sluoksnis (įskaitant beveik visą ultravioletinę spinduliuotę),. 7% - likusi atmosferos dalis ir tik 44% pasiekia žemės paviršių. Bendra saulės spinduliuotė, pasiekianti Žemę per 24 valandas, yra lygi energijai, kurią žmonija gavo po visų degalų rūšių deginimo per pastarąjį tūkstantmetį.

Saulės spinduliuotės pasiskirstymo žemėje paviršiaus skaičius ir pobūdis yra labai priklausomi nuo atmosferos drumstumo ir skaidrumo. Sklaidomosios spinduliuotės kiekį lemia saulės aukštis virš horizonto, atmosferos skaidrumas, vandens garų, dulkių, bendro anglies dioksido kiekis ir kt.

Didžiausias pasklidosios spinduliuotės kiekis patenka į poliarinius regionus. Kuo žemesnė saulė virš horizonto, tuo mažiau šilumos patenka į šią sritį.

Labai svarbu yra atmosferos ir drumstumo skaidrumas. Debesuota vasaros diena paprastai yra šaltesnė nei aiškios dienos, nes dienos debesys neleidžia žemės paviršiui šildyti.

Didelis šilumos pasiskirstymo vaidmuo tenka atmosferos dulkėtumui. Smulkios dulkės ir pelenų dalelės, turinčios įtakos jo skaidrumui, neigiamai veikia saulės spinduliuotės pasiskirstymą, kurių dauguma atsispindi. Smulkios dalelės į atmosferą patenka dviem būdais: tai yra pelenai, išsiskiriantys vulkaninių išsiveržimų metu, arba dykumos dulkės, kurias perneša vėjai iš sausų tropinių ir subtropinių vietovių. Ypač daug tokių dulkių susidaro sausrų periodu, kai jį perneša šilto oro srautai į viršutinius atmosferos sluoksnius ir gali ilgai gyventi. Po 1883 m. Išsiveržusį Krakatau ugnikalnį dešimtmečių į atmosferą išmetamos dulkės buvo apie 3 metus stratosferoje. 1985 m. Išsiveržus El Chichon vulkanui (Meksika), dulkės pasiekė Europą, todėl paviršiaus temperatūra šiek tiek sumažėjo.

Žemės atmosferoje yra įvairaus vandens garų. Absoliučiais skaičiais pagal masę arba tūrį jo kiekis yra nuo 2 iki 5%.

Vandens garai, kaip ir anglies dioksidas, didina šiltnamio efektą. Į atmosferą atsirandantys debesys ir rūkas vyksta savotiški fizikiniai ir cheminiai procesai.

Pagrindinis vandens garų šaltinis į atmosferą yra vandenynų paviršius. Iš jos kasmet išgaruoja 95–110 cm storio vandens sluoksnis, o dalis drėgmės grįžta į vandenyną po kondensacijos, o kita - oro srautais į žemynus. Kintančio drėgno klimato zonose krituliai drėkina dirvą, o drėgnose vietose jis sukuria požeminio vandens atsargas. Taigi atmosfera yra drėgmės ir nuosėdų rezervuaras. ir atmosferoje susidarančios miglos suteikia drėgmės dirvožemio dangai ir taip vaidina lemiamą vaidmenį plėtojant gyvūnų ir augalų pasaulį.

Dėl atmosferos judumo atmosferos drėgmė paskirstoma ant žemės paviršiaus. Ji turi labai sudėtingą vėjo ir slėgio pasiskirstymo sistemą. Atsižvelgiant į tai, kad atmosfera yra nuolat judinama, vėjo srovių ir slėgio pasiskirstymo pobūdis ir mastas nuolat keičiasi. Cirkuliacinės svarstyklės skiriasi nuo mikrometeorologinių, tik kelių šimtų metrų dydžio, iki visuotinio - kelių dešimčių tūkstančių kilometrų. Didelio masto oro srovių sistemoms sukurti ir dideliam atmosferos cirkuliavimui priklauso didžiulė atmosfera. Be to, jie yra katastrofiškų atmosferos reiškinių šaltiniai.

Oro ir klimato sąlygų pasiskirstymas bei gyvos medžiagos funkcionavimas priklauso nuo atmosferos slėgio. Tokiu atveju, jei atmosferos slėgis yra nedidelis, jis neturi lemiamos reikšmės žmonių gerovei ir gyvūnų elgesiui ir neturi įtakos augalų fiziologinėms funkcijoms. Priekiniai reiškiniai ir oro pokyčiai paprastai siejami su slėgio pokyčiais.

Atmosferos slėgis yra labai svarbus vėjo susidarymui, kuris, būdamas reljefo formavimo veiksniu, turi didžiausią poveikį gyvūnų ir augalų pasauliui.

Vėjas gali slopinti augalų augimą ir tuo pačiu metu skatina sėklų transportavimą. Vėjo vaidmuo formuojant oro ir klimato sąlygas. Jis taip pat veikia kaip jūros srovių reguliatorius. Vėjas, kaip vienas iš egzogeninių veiksnių, prisideda prie atsparių medžiagų erozijos ir defliacijos dideliais atstumais.

Atmosferos procesų ekologinis ir geologinis vaidmuo

Sumažinus atmosferos skaidrumą dėl aerozolių dalelių ir kietų dulkių atsiradimo, jis veikia saulės spindulių pasiskirstymą, didindamas albedą ar atspindėjimą. Toks pat rezultatas yra įvairios cheminės reakcijos, sukeliančios ozono skilimą ir „perlamutro“ debesų susidarymą iš vandens garų. Pasauliniai pokyčiai  atspindėjimas, taip pat atmosferos dujų sudėties pokyčiai, daugiausia šiltnamio efektą sukeliančių dujų, sukelia klimato kaitą.

Netolygus šildymas, dėl kurio atsiranda atmosferos slėgio skirtumų skirtingose ​​žemės paviršiaus dalyse, sukelia atmosferos cirkuliaciją, kuri yra išskirtinis troposferos bruožas. Atsiradus slėgio skirtumui nuo padidėjusio slėgio zonų iki sumažinto slėgio ploto. Šie oro masių judėjimai kartu su drėgme ir temperatūra lemia pagrindines atmosferos procesų ekologines ir geologines savybes.

Priklausomai nuo greičio, vėjas gamina įvairius geologinius darbus ant žemės paviršiaus. 10 m / s greičiu jis siurbia storas medžių šakas, pakelia dulkes ir smėlį; esant 20 m / s greičiui, jis suskaido medžio šakas, atlieka smėlį ir žvyrą; 30 m / s greičiu (audra) nuplėšia namų stogus, išpjauna medžius, pertraukia stulpelius, perkelia akmenis ir atlieka smulkius skaldinius, o uragano vėjas 40 m / s greičiu sunaikina namus, sugriauna ir nugriauna elektros linijų ramsčius, ašaruoja nuo šaknų dideli medžiai.

Squall audrų ir tornadas (tornadas) turi didelį neigiamą poveikį aplinkai, turinčią katastrofiškų pasekmių - atmosferos pojūčius, kylančius šiltuoju metų laiku galingomis atmosferos frontomis, kurių greitis yra iki 100 m / s. Skaldos yra horizontalios sūkurinės srovės, turinčios uragano vėjo greitį (iki 60-80 m / s). Dažnai juos lydi sunkūs lietūs ir perkūnija, trunkanti nuo kelių minučių iki pusės valandos. Squalls apima iki 50 km pločio ir 200-250 km atstumą. 1998 m. Maskvoje ir Maskvos regione griuvėsių audra sunaikino daugelio namų stogus ir išmetė medžius.

Tornadas, vadinami tornadais Šiaurės Amerikoje, yra galingi, piltuviniai atmosferos sūkuriai, dažnai susiję su griaustiniais dangomis. Tai yra oro kolonos, siaurėjančios viduryje, kurių skersmuo nuo kelių dešimčių iki šimtų metrų. Tornadas turi piltuvą, labai panašų į dramblio kamieną, nusileidžiančią iš debesų arba kylantį iš žemės paviršiaus. Turėdamas stiprią ritmą ir didelį sukimosi greitį, tornadas eina iki kelių šimtų kilometrų, piešdamas dulkes, vandenį iš rezervuarų ir įvairių objektų. Galingi tornadai lydi griaustinio, lietaus ir didelės žalingos galios.

Tornados retai pasitaiko subpoliniuose ar pusiaujo kraštuose, kur ji yra nuolat šalta arba karšta. Atvirame vandenyje yra keletas tornadų. Tornados atsiranda Europoje, Japonijoje, Australijoje, JAV, o Rusijoje jie yra ypač dažni Vidurio Juodosios žemės regione, Maskvoje, Jaroslavlyje, Nižnij Novgorode ir Ivanovo regionuose.

Tornados pakelia ir perkelia automobilius, namus, automobilius, tiltus. JAV ypač pastebimi destruktyvūs tornadai (tornadas). Nuo 450 iki 1500 tornado kasmet pažymima vidutiniškai 100 aukų. Tornados yra greiti katastrofiški atmosferos procesai. Jie susidaro per 20-30 minučių, o jų tarnavimo laikas yra 30 minučių. Todėl, norint prognozuoti tornado atsiradimo laiką ir vietą, beveik neįmanoma.

Kiti destruktyvūs, bet ilgą laiką veikiantys vortices yra ciklonai. Jie susidaro dėl slėgio kritimo, kuris tam tikromis sąlygomis prisideda prie cirkuliacinio oro srauto judėjimo. Atmosferos vorticai kilę iš galingų didelio drėgno oro srautų ir sukasi pagal laikrodžio rodyklę dideliu greičiu pietų pusrutulyje ir prieš laikrodžio rodyklę šiaurėje. Ciklonai, skirtingai nuo tornadų, kilę iš vandenynų ir gamina jų žalingus veiksmus žemynuose. Pagrindiniai žalingi veiksniai yra stiprūs vėjai, intensyvūs krituliai sniego, lietaus, krušos ir viršįtampių pavidalu. Vėjas, kurio greitis yra 19–30 m / s, sudaro audrą, 30–35 m / s audra, o daugiau nei 35 m / s - uraganas.

Tropiniai ciklonai - uraganai ir taifūnai - turi vidutinį kelių šimtų kilometrų plotį. Vėjo greitis ciklono viduje pasiekia uragano jėgą. Tropiniai ciklonai trunka nuo kelių dienų iki kelių savaičių, judantys nuo 50 iki 200 km / h greičiu. Vidutinės platumos ciklonai turi didesnį skersmenį. Jų skersiniai matmenys svyruoja nuo vieno tūkstančio iki kelių tūkstančių kilometrų, vėjo greitis yra audringas. Jie juda šiauriniame pusrutulyje iš vakarų ir lydi krušos ir sniego, kurie yra katastrofiški. Kalbant apie avarijų skaičių ir padarytą žalą, ciklonai ir susiję uraganai bei taifūnai yra didžiausi atmosferos reiškiniai po potvynių. Tankiai apgyvendintose Azijos vietose aukų skaičius uraganuose yra matuojamas tūkstančiais. 1991 m. Bangladeše mirė 125 tūkst. Žmonių, kurie sukėlė 6 metrų aukščio jūros bangų susidarymą. Didžią žalą sukelia Jungtinių Valstijų taifūnai. Tuo pat metu miršta dešimtys ir šimtai žmonių. Vakarų Europoje uraganai daro mažiau žalos.

Perkūnija laikoma katastrofišku atmosferos reiškiniu. Jie atsiranda esant labai sparčiai šiltam, drėgnam orui. Tropinių ir subtropinių zonų ribose griaustiniai įvyksta 90–100 dienų per metus, vidutinio klimato zonoje 10–30 dienų. Mūsų šalyje labiausiai nyksta Šiaurės Kaukaze.

Debesuotumas paprastai trunka mažiau nei valandą. Ypač pavojingi yra intensyvūs nusileidimai, krušos, žaibo smūgiai, vėjo gūsijos, vertikalios oro srovės. Kruša grėsmė priklauso nuo krušos dydžio. Šiaurės Kaukaze krušos akmenų masė pasiekė 0,5 kg, o Indijoje - 7 kg masės. Pavojingiausios mūsų šalies teritorijos yra Šiaurės Kaukaze. 1992 m. Liepos mėn. „Mineralnye Vody“ oro uoste kruša sugadino 18 lėktuvų.

Pavojingi atmosferos reiškiniai yra žaibas. Jie žudo žmones, gyvulius, sukelia gaisrus, sugadina elektros tinklą. Pasaulyje kasmet miršta apie 10 tūkst. Be to, kai kuriuose Afrikos regionuose, Prancūzijoje ir JAV, aukų skaičius nuo žaibo yra didesnis nei kitų gamtos reiškinių. Jungtinių Amerikos Valstijų metinė ekonominė žala, kurią sukelia perkūnija, yra mažiausiai 700 milijonų JAV dolerių.

Sausrai būdingi dykumos, stepių ir miško stepių regionams. Kritulių trūkumas sukelia dirvožemio išdžiovinimą, sumažindamas požeminio vandens ir vandens telkinius, kol jie visiškai išdžius. Drėgmės stoka sukelia augalijos ir augalų mirtį. Sausros yra ypač sunkios Afrikoje, Artimuosiuose Rytuose, Vidurinėje Azijoje ir Pietų Amerikoje.

Sausra keičia žmogaus būklę, daro neigiamą poveikį gamtinei aplinkai per tokius procesus kaip dirvožemio druskinimas, sausieji vėjai, dulkių audros, dirvožemio erozija ir miškų gaisrai. Ypač stiprios gaisro priežastys sausros metu Taiga vietovėse, atogrąžų ir subtropiniuose miškuose bei savanose.

Sausros yra trumpalaikiai procesai, kurie tęsiasi vieną sezoną. Tuo atveju, kai sausros trunka ilgiau nei du sezonus, kyla bado ir masinio mirtingumo grėsmė. Paprastai sausros poveikis tęsiasi vienos ar kelių šalių teritorijoje. Ypač dažnai ilgai trunkančios sausros, turinčios tragiškų pasekmių, kyla Afrikos Sachelio regione.

Atmosferos reiškiniai, pvz., Sniegas, trumpi lietaus dušai ir ilgai trunkantys lietūs duoda didelę žalą. Snieguolės kalnuose sukelia didžiulius lavinų šliaužimus, o sparčiai tirpstant sniegui ir stipriems krituliams atsiranda potvynių. Didžiulė masė, tekanti ant žemės paviršiaus, ypač beždžionėse, sukelia didelę dirvožemio dangos eroziją. Intensyviai auga žarnų sistemos. Potvyniai atsiranda dėl didelių potvynių gausių kritulių ar didelio vandens laikotarpiu po staigaus atšilimo arba šaltinio atšildymo, todėl kilmė yra susijusi su atmosferos reiškiniais (jie aptariami skyriuje apie ekologinį hidrosferos vaidmenį).

Antropogeniniai atmosferos pokyčiai

Šiuo metu yra daug skirtingų antropogeninio pobūdžio šaltinių, kurie sukelia atmosferos taršą ir sukelia rimtus ekologinės pusiausvyros pažeidimus. Didžiausias poveikis atmosferai turi du šaltinius: transportą ir pramonę. Vidutiniškai transportas sudaro apie 60% viso atmosferos taršos, pramonės - 15, šiluminės energijos - 15, buitinių ir pramoninių atliekų šalinimo technologijų - 10%.

Priklausomai nuo naudojamo kuro ir oksidantų tipų, vežama į atmosferą azoto, sieros, anglies oksidų ir dioksidų, švino ir jo junginių, juodos spalvos, benzopireno (medžiaga, priklausanti policiklinių aromatinių angliavandenilių grupei, kuri yra stiprus kancerogenas, sukeliantis odos vėžį).

Pramonė išskiria į atmosferą sieros dioksidą, anglies oksidus ir dioksidą, angliavandenilius, amoniaką, vandenilio sulfidą, sieros rūgštį, fenolį, chlorą, fluorą ir kitus junginius bei cheminius elementus. Tačiau dominuojanti padėtis tarp teršalų (iki 85%) yra dulkės.

Dėl užteršimo atmosferos skaidrumas keičiasi, jame atsiranda aerozolių, kvapas ir rūgštus lietus.

Aerozoliai yra disperguotos sistemos, susidedančios iš kietų arba skystų lašelių dalelių, suspenduotų dujinėje terpėje. Disperguotos fazės dalelių dydis paprastai yra 10 -3 -10 -7 cm, priklausomai nuo disperguotos fazės sudėties, aerozoliai skirstomi į dvi grupes. Vienas iš jų yra aerozoliai, sudaryti iš kietų dalelių, disperguotų dujinėje terpėje, antrasis yra aerozoliai, kurie yra dujinių ir skystų fazių mišinys. Pirmasis vadinamas dūmu, o antrasis - rūko. Jų formavimo procese kondensacijos centrai atlieka svarbų vaidmenį. Kaip kondensacijos branduoliai veikia vulkaniniai pelenai, kosminės dulkės, pramoninių išmetamųjų teršalų produktai, įvairios bakterijos ir pan. Galimų koncentracijos branduolių šaltinių skaičius nuolat didėja. Pavyzdžiui, kai sausas žolė sunaikinama ugnimi 4000 m 2 plote, susidaro vidutiniškai 11 * 10 22 aerozolio branduoliai.

Aerozoliai pradėjo formuotis nuo mūsų planetos atsiradimo momento ir įtakojo gamtines sąlygas. Tačiau jų skaičius ir veiksmai, suderinti su bendru medžiagų judėjimu gamtoje, nesukėlė didelių aplinkos pokyčių. Jų susidarymo antropogeniniai veiksniai šią pusiausvyrą perkelia į reikšmingą biosferos perkrovą. Ši savybė ypač ryški, nes žmonija pradėjo naudoti specialiai sukurtus aerozolius toksiškų medžiagų pavidalu ir augalų apsaugai.

Pavojingiausi augalijai yra sieros dioksido, vandenilio fluorido ir azoto aerozoliai. Susilietus su drėgnu lapo paviršiumi, jie sudaro rūgštis, kenkia gyviems audiniams. Rūgščių miglos kartu su įkvėptu oru gyvūnų ir žmonių kvėpavimo organuose, agresyviai veikia gleivinę. Kai kurie iš jų suskaido gyvus audinius, o radioaktyvieji aerozoliai sukelia vėžį. Tarp radioaktyviųjų izotopų S-90 kelia ypatingą pavojų ne tik dėl jo kancerogeniškumo, bet ir kaip kalcio analogo, kuris jį pakeičia organizmų kaulais ir sukelia jų skilimą.

Branduolinio sprogimo metu atmosferoje susidaro radioaktyviųjų aerozolių debesys. Mažos dalelės, kurių spindulys yra nuo 1 iki 10 mikronų, patenka ne tik į viršutinius troposferos sluoksnius, bet ir į stratosferą, kurioje jie ilgą laiką gali egzistuoti. Aerozolių debesys taip pat susidaro eksploatuojant branduolinį kurą gaminančių pramonės įmonių reaktorius, taip pat įvykus avarijoms atominėse elektrinėse.

Smog yra aerozolių mišinys su skystomis ir kietomis disperguotomis fazėmis, kurios sudaro miglotą užuolaidą pramoninėse zonose ir dideliuose miestuose.

Yra trijų rūšių smogas: ledas, drėgnas ir sausas. Ledo smogas vadinamas Aliaskos. Tai yra dujinių teršalų derinys su dulkių dalelėmis ir ledo kristalais, kurie atsiranda, kai užšalimo rūko ir garo šildymo sistemos lašeliai.

Drėgnasis smogas arba Londono tipo smogas kartais vadinamas žiemą. Tai yra dujinių teršalų (daugiausia sieros anhidrito), dulkių dalelių ir rūko lašelių mišinys. Meteorologinė prielaida žiemos smogui atsirasti yra vėjuotas oras, kai šilto oro sluoksnis yra virš šalto oro paviršiaus sluoksnio (žemiau 700 m). Šiuo atveju yra ne tik horizontalus, bet ir vertikalus mainai. Teršalai, paprastai išsklaidyti aukštuose sluoksniuose, šiuo atveju kaupiasi paviršiaus sluoksnyje.

Sausas kvapas atsiranda vasarą ir dažnai vadinamas Los Andžele. Tai ozono, anglies monoksido, azoto oksidų ir rūgščių garų mišinys. Šis smogas susidaro dėl saulės spindulių, ypač jo ultravioletinių spindulių, teršalų skilimo. Meteorologinė prielaida yra atmosferos inversija, pasireiškianti šalto oro sluoksnio išvaizda per šiltą. Paprastai šiltos oro srovės pakeliamos dujos ir kietosios dalelės yra išsklaidytos viršutiniuose šaltojo sluoksniuose, tačiau šiuo atveju jos kaupiasi inversijos sluoksnyje. Fotolizės metu azoto oksidai, susidarę deginant degalus automobilių varikliuose, suskaidomi:

Nr. 2 → NE + О

Tada atsiranda ozono sintezė:

O + O2 + M → O 3 + M

NO + O → NO 2

Fotodisociacijos procesus lydi geltonos-žalios spalvos švytėjimas.

Be to, reakcijos vyksta taip: SO3 + H20 -\u003e H2S04, t. Y. Susidaro stipri sieros rūgštis.

Pakeitus meteorologines sąlygas (vėjo išvaizdą arba drėgmės pasikeitimą) šalta oras išsklaido ir smogas dingsta.

Kancerogeninių medžiagų buvimas smoge sukelia kvėpavimo nepakankamumą, gleivinių dirginimą, kraujotakos sutrikimus, astmos uždusimą ir dažnai mirtį. Ypač pavojingas mažiems vaikams.

Rūgštus lietus yra kritulių rūgštingumas pramoniniuose sieros oksidų, azoto ir perchloro rūgšties garų bei chloro, ištirpinto juose, išmetimu. Anglies, naftos ir dujų deginimo procese didžioji sieros dalis, tiek oksido, tiek geležies junginių pavidalu, ypač pirito, piritroto, chalopirito ir kt. Pavidalu, paverčiama sieros oksidu, kuris kartu su anglies dioksidu išsiskiria. į atmosferą. Kai atmosferos azotas ir techniniai išmetimai derinami su deguonimi, susidaro įvairūs azoto oksidai, o susidariusių azoto oksidų tūris priklauso nuo degimo temperatūros. Didžioji dalis azoto oksidų vyksta transporto priemonių ir dyzelinių lokomotyvų eksploatavimo metu, o mažesnė dalis tenka energetikos ir pramonės įmonėms. Sieros ir azoto oksidai yra pagrindiniai rūgščių susidarymo agentai. Reaguodamas su atmosferos deguonimi ir vandens garais, susidaro sieros ir azoto rūgštys.

Žinoma, kad terpės šarminės rūgšties balansas nustatomas pagal pH reikšmę. Neutralios terpės pH vertė yra lygi 7, rūgštinė - 0 ir šarminė - 14 (6.7 pav.). Šiuolaikiniame amžiuje lietaus vandens pH yra 5,6, nors pastaruoju metu jis buvo neutralus. Sumažinus pH reikšmę viena, padidėja rūgštingumas dešimt kartų, todėl šiuo metu atsiranda beveik visi lietaus su dideliu rūgštingumu. Vakarų Europoje didžiausias lietaus rūgštingumas buvo 4-3,5 pH. Pažymėtina, kad 4-4,5 pH yra mirtinas daugumai žuvų.

Rūgštiniai lietūs agresyviai veikia Žemės augalijos dangą, pramoninius ir gyvenamuosius pastatus, taip pat prisideda prie spartaus veikiančių uolų atsparumo. Padidėjęs rūgštingumas užkerta kelią dirvožemių, kuriuose ištirpsta maistinės medžiagos, neutralizavimo savireguliacijai. Tai savo ruožtu lemia staigų derliaus sumažėjimą ir sukelia augalų dangos blogėjimą. Dirvožemio rūgštingumas prisideda prie sunkiųjų metalų išsiskyrimo ribotojoje būsenoje, kurias palaipsniui absorbuoja augalai, sukeldami sunkius audinių pažeidimus ir įsiskverbiant į žmonių maisto grandines.

Dėl jūros vandenų šarminės rūgšties potencialo pokyčių, ypač sekliuose vandenyse, daugelio bestuburių reprodukcija nutraukiama, sukelia žuvų mirtį ir sutrikdo vandenynų ekologinę pusiausvyrą.

Dėl rūgščio lietaus Vakarų Europos, Baltijos valstybių, Karelijos, Uralo, Sibiro ir Kanados miškai gresia mirtimi.

Žemės atmosfera

Atmosfera  (nuo. dr.-graekas  ἀτμός - garas ir σφαῖρα - kamuolys dujos  apvalkalas ( geosfera) supanti planetą Žemė. Jo vidinis paviršius dengia hidrosferos  ir iš dalies žievė, išorinės sienos išorinės erdvės šalia žemės.

Kviečiamas fizikos ir chemijos skyrių rinkinys, kuris tiria atmosferą atmosferos fizika. Atmosfera lemia oras  ant žemės paviršiaus, kuriame studijuoja oras meteorologijair ilgų variantų klimatas - klimatologija.

Atmosferos struktūra

Atmosferos struktūra

Troposfera

Jo viršutinė riba yra 8-10 km aukštyje poline, 10-12 km vidutinio klimato ir 16-18 km tropinėse platumose; žiemą mažesnis nei vasarą. Mažesnis - pagrindinis atmosferos sluoksnis. Sudėtyje yra daugiau kaip 80% visos atmosferos oro masės ir apie 90% viso vandens garų atmosferoje. Troposfera yra labai išvystyta. turbulencija  ir konvekcija, atsiranda debesysvystosi ciklonai  ir anticiklonai. Temperatūra mažėja didėjant aukščiui su vidutine vertikalia gradientas  0,65 ° / 100 m

Žemėje yra tokios „normalios sąlygos“: tankis 1,2 kg / m3, barometrinis slėgis 101,35 kPa, temperatūra plius 20 ° C ir santykinis drėgnis 50%. Šie tradiciniai rodikliai turi tik inžinerinę vertę.

Stratosfera

Atmosferos sluoksnis, esantis 11–50 km aukštyje. Jam būdingas nedidelis temperatūros pokytis 11-25 km sluoksnyje (apatinis stratosferos sluoksnis) ir jo padidėjimas 25-40 km sluoksnyje nuo –56,5 iki 0,8 ° Su  (viršutinė stratosfera arba regionas inversija). Pasiekus apie 40 km aukštį, maždaug 273 K (beveik 0 ° C), temperatūra išlieka pastovi iki maždaug 55 km. Ši nuolatinės temperatūros sritis vadinama stratopauzė  ir yra riba tarp stratosferos ir mezosfera.

Stratopauzė

Ribinis atmosferos sluoksnis tarp stratosferos ir mezosferos. Vertikalios temperatūros pasiskirstymo atveju yra didžiausias (apie 0 ° C).

Mesosphere

Žemės atmosfera

Mesosphere  prasideda 50 km aukštyje ir tęsiasi iki 80-90 km. Temperatūra mažėja, kai aukštis yra vidutinis vertikalus gradientas (0,25-0,3) / 100 m. Pagrindinis energijos procesas yra spindulinis šilumos perdavimas. Sudėtingi fotocheminiai procesai, susiję su laisvieji radikalaivibraciškai sužadintos molekulės ir tt sukelia atmosferą.

Mesopauzė

Pereinamasis sluoksnis tarp mezosferos ir termosferos. Vertikalios temperatūros pasiskirstymo atveju yra minimalus (apie -90 ° C).

Karmano linija

Aukštis virš jūros lygio, kuris yra sąlyginai priimtas kaip ribos tarp Žemės atmosferos ir erdvės.

Termo sfera

Pagrindinis straipsnis: Termo sfera

Viršutinė riba yra apie 800 km. Temperatūra pakyla iki 200-300 km aukščio, kur ji pasiekia 1500 K dydžio vertes, po to ji išlieka beveik pastovi iki didelių aukščių. Ultravioletinių ir rentgeno spindulių bei kosminės spinduliuotės metu oras yra jonizuotas (" auroras") - pagrindinės sritys jonosfera  guli termosferoje. Virš 300 km aukštyje vyrauja atominis deguonis.

Atmosferos sluoksniai iki 120 km

Eksosfera (dispersijos sritis)

Exosphere  - išsklaidymo zona, išorinė termosferos dalis, esanti virš 700 km. Eksosferoje esanti dujos yra labai retos, o iš čia atsiranda dalelių nutekėjimas į tarpplanetinę erdvę ( išsklaidymas).

Iki 100 km aukščio atmosfera yra homogeniškas gerai sumaišytas dujų mišinys. Aukštesniais sluoksniais dujų aukščio pasiskirstymas priklauso nuo jų molekulinės masės, sunkesnių dujų koncentracija greičiau mažėja, kai atstumas nuo Žemės paviršiaus. Sumažėjus dujų tankiui, temperatūra sumažėja nuo 0 ° C stratosferoje iki −110 ° C mezosferoje. Tačiau atskirų dalelių kinetinė energija 200-250 km aukštyje atitinka ~ 1500 ° C temperatūrą. Virš 200 km yra reikšmingų temperatūros ir dujų tankio svyravimų laiko ir erdvėje.

Apie 2000-3000 km aukštyje eksosfera palaipsniui virsta vadinamuoju netoli erdvės vakuumokuris yra pripildytas labai retų tarplaboratorinių dujų dalelių, daugiausia vandenilio atomų. Tačiau ši dujos yra tik tarpplanetinės medžiagos dalis. Kita dalis - kometinės ir meteorinės dulkių dalelės. Be itin retų dulkių dalelių, į šią erdvę įsiskverbia saulės ir galaktikos kilmės elektromagnetinė ir korpusinė spinduliuotė.

Troposferos dalis sudaro apie 80% atmosferos masės, stratosferos dalis - apie 20%; mezosferos masė yra ne didesnė kaip 0,3%, termosfera yra mažesnė nei 0,05% visos atmosferos masės. Remiantis atmosferos elektrinėmis savybėmis, išsiskiria neutrosfera ir jonosfera. Šiuo metu manoma, kad atmosfera tęsiasi iki 2000–3000 km aukščio.

Priklausomai nuo dujų sudėties atmosferoje, išmetama homosferos  ir heterosfera. Hetero sfera   - Tai sritis, kurioje gravitacija veikia dujų atskyrimą, nes jų maišymas tokiame aukštyje yra nereikšmingas. Taigi yra kintama heterosferos sudėtis. Žemiau yra gerai sumaišyta, vienalytė atmosferos sudėtis, vadinama homosferos. Riba tarp šių sluoksnių vadinama turbo pauzėJis yra maždaug 120 km aukštyje.

Fizinės savybės

Atmosferos storis - apie 2000 - 3000 km nuo Žemės paviršiaus. Bendra masė oro  - (5.1-5.3) × 10 18 kg. Molinė masė  švarus sausas oras yra 28.966. Slėgis  esant 0 ° C temperatūrai 101,325 m kPa; kritinė temperatūra  140,7 ° C; kritinis 3,7 MPa slėgis; C p  1,0048 × 10 3 J / (kg · K) (esant 0 ° C), C v  0,7159 × 10 3 J / (kg · K) (esant 0 ° C). Oro tirpumas vandenyje 0 ° C temperatūroje yra 0,036%, 25 ° C temperatūroje - 0,22%.

Fiziologinės ir kitos atmosferos savybės

Jau 5 km aukštyje virš jūros lygio atsiranda neįgudęs asmuo deguonies bado ir be prisitaikymo, žmogaus veikla yra žymiai sumažinta. Čia baigiama fiziologinė atmosferos zona. Žmogaus kvėpavimas tampa neįmanomas 15 km aukštyje, nors iki maždaug 115 km atmosferoje yra deguonies.

Atmosfera suteikia kvėpavimo kvapą. Tačiau dėl bendro atmosferos slėgio sumažėjimo, dalinis deguonies slėgis atitinkamai sumažėja, kai jis pakyla iki aukščio.

Asmens plaučiuose nuolat yra apie 3 litrų alveolinio oro. Dalinis slėgis  deguonis alveoliniame ore esant normaliam atmosferos slėgiui yra 110 mm Hg. Anglies dioksido slėgis - 40 mm Hg. Ir vandens garai - 47 mm Hg. Str. Didėjant aukščiui, deguonies slėgis sumažėja, o bendras vandens garų ir anglies dioksido slėgis plaučiuose išlieka beveik pastovus - apie 87 mm Hg. Str. Deguonies tiekimas į plaučius visiškai sustos, kai aplinkos oro slėgis bus lygus šiai vertei.

Apie 19-20 km aukštyje atmosferos slėgis sumažėja iki 47 mm Hg. Str. Todėl šiame aukštyje prasideda vandens ir intersticinio skysčio virimas žmogaus organizme. Ne aukštoje patalpoje, kurioje yra slėgis, mirtis būna beveik akimirksniu. Taigi žmogaus fiziologijos požiūriu „kosmosas“ prasideda jau 15-19 km aukštyje.

Tankūs oro sluoksniai - troposfera ir stratosfera - apsaugo mus nuo žalingo radiacijos poveikio. Esant pakankamam oro skiedimui, aukštyje virš 36 km, jonizuojanti spinduliuotės  - pirminiai kosminiai spinduliai; virš 40 km aukštyje veikia ultravioletinė saulės spektro dalis, kuri yra pavojinga žmonėms.

Kai mes keliame vis didesnį aukštį virš Žemės paviršiaus, mes palaipsniui susilpname ir tada visiškai išnykime tokius pažįstamus reiškinius, pastebėtus apatiniuose atmosferos sluoksniuose, pvz., Garso sklidimą, aerodinaminių reiškinių atsiradimą. liftas  ir atsparumas, šilumos perdavimas konvekcija  ir kiti

Retaisiais oro sluoksniais plinta garsas  pasirodo neįmanoma. Iki 60-90 km aukščio galima valdyti oro pasipriešinimą ir pakelti kontroliuojamam aerodinaminiam skrydžiui. Bet pradedant nuo 100-130 km aukščio, kiekvienam pilotui suprantamos sąvokos numeriai M  ir garso barjeras  praranda savo prasmę, ten eina sąlyginis Karmano linija  po kurios prasideda grynai balistinio skrydžio sritis, kurią galima valdyti tik naudojant reaktyvias jėgas.

Aukštyje virš 100 km atmosfera neturi kito nepaprasto turto - gebėjimo absorbuoti, elgtis ir perduoti šiluminę energiją konvekciniu būdu (ty maišant orą). Tai reiškia, kad įvairūs įrenginio elementai, orbitinės kosminės stoties įranga negalės būti atšaldyti iš išorės, kaip paprastai daroma lėktuve, padedant oro srautams ir oro radiatoriams. Tuo aukščiu, kaip apskritai erdvėje, vienintelis būdas perkelti šilumą šiluminė spinduliuotė.

Atmosferos sudėtis

Sauso oro sudėtis

Žemės atmosferą daugiausia sudaro dujos ir įvairios priemaišos (dulkės, vandens lašai, ledo kristalai, jūros druskos, degimo produktai).

Dujų, sudarančių atmosferą, koncentracija yra beveik pastovi, išskyrus vandenį (H2O) ir anglies dioksidą (CO 2).

Be lentelėje nurodytų dujų, atmosferoje yra SO 2, NH 3, CO, ozonas, angliavandenilių, HCl, HFporoms HgAš taip pat aš NE  ir daug kitų dujų mažais kiekiais. Troposferoje visada yra daug suspenduotų kietųjų ir skystųjų dalelių ( aerozolis).

Atmosferos formavimo istorija

Pagal dažniausiai pasitaikančią teoriją Žemės atmosfera buvo laikoma keturiose skirtingose ​​kompozicijose. Iš pradžių ją sudarė lengvos dujos ( vandenilis  ir helio), užfiksuota iš tarpplanetinės erdvės. Tai vadinamasis pagrindinė atmosfera(prieš keturis milijardus metų). Kitame etape aktyvus vulkaninis aktyvumas prisidėjo prie atmosferos prisotinimo kitomis dujomis, be vandenilio (anglies dioksidas, amoniako, vandens garai). Taip suformuota antrinė atmosfera(apie tris milijardus metų iki šios dienos). Ši atmosfera buvo atstatanti. Be to, atmosferos susidarymo procesą nulėmė šie veiksniai:

šviesos dujų nuotėkis (vandenilis ir helis). \\ t tarpplanetinė erdvė;

cheminės reakcijos, atsirandančios atmosferoje ultravioletinės spinduliuotės, žaibo išleidimo ir kai kurių kitų veiksnių įtakoje.

Palaipsniui šie veiksniai paskatino tretinė atmosferapasižymi daug mažesniu vandenilio kiekiu ir daug didesniu azoto ir anglies dioksido kiekiu (susidariusios iš cheminių reakcijų iš amoniako ir angliavandenilių).

Azotas

Didelio N 2 kiekio susidarymas susidaro dėl oksidacijos vandenilio atmosferoje su molekuliniu O 2, kuris prasidėjo nuo planetos paviršiaus, atsiradus fotosintezei, pradedant nuo 3 milijardų metų. N 2 taip pat patenka į atmosferą dėl nitratų ir kitų azoto turinčių junginių denitrifikacijos. Ozonas oksiduoja azotą į NO viršutinėje atmosferoje.

N 2 N reaguoja tik esant tam tikroms sąlygoms (pavyzdžiui, kai žaibo iškrovos). Molekulinio azoto oksidavimas ozonu elektros išleidimuose naudojamas pramoninei azoto trąšų gamybai. Jis gali oksiduotis mažu energijos suvartojimu ir gali būti paverstas biologiškai aktyvia forma. cianobakterijos (mėlynai žalios dumbliai)  ir mazgelių bakterijos, sudarančios rizobiją simbiozė  su ankštiniai augalai  augalai, vadinamieji. sideratami.

Deguonis

Aplinkos atsiradimo atmosferos sudėtis radikaliai pasikeitė. gyvus organizmuskaip rezultatas fotosintezėkartu su deguonimi ir anglies dioksido absorbcija. Iš pradžių deguonies buvo sunaudota oksiduojant sumažintus junginius - amoniaką, angliavandenilius ir rūgšties formą. geležiesvandenynuose ir pan. Šio etapo pabaigoje deguonies kiekis atmosferoje pradėjo augti. Palaipsniui suformuota moderni atmosfera su oksiduojančiomis savybėmis. Kadangi tai sukėlė rimtų ir dramatiškų pokyčių daugelyje procesų, vykstančių atmosferą, litosfera  ir biosferaŠis įvykis vadinamas Deguonies katastrofa.

Per phanerozoic  Atlikta atmosferos sudėtis ir deguonies kiekis. Jie visų pirma siejasi su organinių nuosėdų nusodinimo greičiu. Taigi anglies kaupimosi laikotarpiu deguonies kiekis atmosferoje, matyt, gerokai viršijo dabartinį lygį.

Anglies dioksidas

CO 2 kiekis atmosferoje priklauso nuo vulkaninio aktyvumo ir cheminių procesų žemės vokuose, bet daugiausia dėl biosintezės intensyvumo ir organinių medžiagų skaidymo. biosfera Žemės. Beveik visa dabartinė planetos biomasė (apie 2,4 × 10 12 tonų ) sudaro anglies dioksidas, azotas ir vandens garai, esantys atmosferos ore. Palaidotas vandenynasį pelkės  ir miškai  organinė medžiaga virsta anglis, aliejus  ir gamtines dujas. (žr Geocheminis anglies ciklas)

Noble dujos

Inertinių dujų šaltinis - argonas, helio  ir kriptonas - ugnikalnių išsiveržimai ir radioaktyviųjų elementų skilimas. Žemė kaip visuma ir ypač atmosfera yra išeikvotos inertinėse dujose, lyginant su erdve. Manoma, kad to priežastis yra nuolatinis dujų nutekėjimas į tarpplanetinę erdvę.

Oro tarša

Neseniai atmosferos evoliucija prasidėjo žmogus. Jo veiklos rezultatas buvo nuolatinis žymiai padidėjęs anglies dioksido kiekis atmosferoje dėl deginimo angliavandeniliuose, sukauptuose ankstesnėse geologinėse epochose. Dideli CO 2 kiekiai suvartojami fotosintezės metu ir absorbuojami vandenynuose. Ši dujos patenka į atmosferą dėl karbonatinių uolienų ir augalinės ir gyvūninės kilmės organinių medžiagų skilimo, taip pat dėl ​​vulkanizmo ir žmonių gamybos veiklos. Per pastaruosius 100 metų CO 2 kiekis atmosferoje padidėjo 10%, o didžioji dalis (360 mlrd. Tonų) gaunama deginant kurą. Jei degimo degimo tempas tęsis, per ateinančius 50–60 metų CO 2 kiekis atmosferoje bus dvigubas ir gali sukelti pasaulinės klimato kaitos.

Kuro deginimas - pagrindinis teršiančių dujų šaltinis ( SU, NE, SO 2 ). Sieros dioksidas oksiduojamas oro deguonimi SO 3   viršutinėje atmosferoje, kuri savo ruožtu sąveikauja su vandens garais ir amoniaku, ir dėl to susidaro sieros rūgštis (H) | 2 SO 4 )   ir amonio sulfatas ((NH 4 ) 2 SO 4 )   grįžkite į Žemės paviršių vadinamųjų. rūgštus lietus. Naudojimas vidaus degimo varikliai  sukelia didelę atmosferos taršą azoto oksidais, angliavandeniliais ir švino junginiais (\\ t tetraetilo švinas Pb (CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Oro atmosferos taršą sukelia tiek natūralios priežastys (ugnikalnių išsiveržimai, dulkių audros, jūros vandens ir augalų žiedadulkės ir kt.), Tiek žmogaus ekonominė veikla (rūdų ir statybinių medžiagų kasyba, kuro deginimas, cemento gamyba ir kt.). Intensyvus didelio masto kietųjų dalelių pašalinimas į atmosferą yra viena iš galimų klimato kaitos priežasčių planetoje.

Atmosfera yra tai, kas daro gyvenimą įmanoma Žemėje. Pirmoji informacija ir faktai apie atmosferą, į kurią grįžta pradinė mokykla. Vidurinėje mokykloje mes jau dabar susipažinome su šia sąvoka geografijos pamokose.

Žemės atmosferos samprata

Atmosfera yra ne tik Žemėje, bet ir kituose dangaus kūnuose. Taip vadinamas dujų planas aplink planetą. Šio skirtingų planetų dujų sluoksnio sudėtis labai skiriasi. Pažvelkime į pagrindus ir faktus apie kitaip vadinamą orą.

Svarbiausias jo komponentas yra deguonis. Kai kurie žmonės klaidingai mano, kad žemės atmosferą sudaro tik deguonis, bet iš tikrųjų oras yra dujų mišinys. Jį sudaro 78% azoto ir 21% deguonies. Likusią dalį sudaro ozonas, argonas, anglies dioksidas, vandens garai. Tegul šių dujų procentinis santykis yra mažas, bet atlieka svarbią funkciją - jie sugeria didelę saulės spinduliavimo energijos dalį, tokiu būdu užkertant kelią saulei visą gyvenimą mūsų planetoje paversti pelenais. Atmosferos savybės priklauso nuo aukščio. Pavyzdžiui, 65 km aukštyje azotas yra 86%, o deguonis - 19%.

Žemės atmosferos sudėtis

• Anglies dioksidas  būtina augalų mitybai. Atmosferoje jis atsiranda dėl gyvų organizmų kvėpavimo proceso, skilimo, degimo. Jos nebuvimas atmosferos sudėtyje padarytų bet kokių augalų buvimą neįmanomą.
• Deguonis  - gyvybiškai svarbus atmosferos žmogaus komponentui. Jo buvimas yra visų gyvų organizmų egzistavimo sąlyga. Tai sudaro apie 20% viso atmosferos dujų kiekio.
• Ozonas  - Tai natūralus saulės ultravioletinės spinduliuotės absorberis, kuris neigiamai veikia gyvus organizmus. Dauguma jos sudaro atskirą atmosferos sluoksnį - ozono ekraną. Neseniai žmogaus veikla lėmė tai, kad ji pradeda laipsniškai žlugti, bet kadangi ji yra labai svarbi, tuomet aktyviai atliekamas jo išsaugojimas ir atkūrimas.
• Vandens garai  lemia oro drėgmę. Jo turinys gali skirtis priklausomai nuo įvairių veiksnių: oro temperatūros, vietos, sezono. Esant žemai temperatūrai, vandens garai ore yra labai maži, galbūt mažiau nei vienas procentas, o esant aukštai temperatūrai jis pasiekia 4%.
• Be visų pirmiau minėtų, žemės atmosferos sudėtyje visada yra tam tikras procentas. kietos ir skystos priemaišos. Tai yra suodžiai, pelenai, jūros druska, dulkės, vandens lašai, mikroorganizmai. Jie gali patekti į orą tiek natūraliai, tiek antropogeniškai.

Atmosferos sluoksniai

Temperatūra ir tankis bei kokybinė oro sudėtis skiriasi įvairiais aukščiais. Dėl šios priežasties įprasta išskirti skirtingus atmosferos sluoksnius. Kiekvienas iš jų turi savo savybes. Sužinokite, kurie atmosferos sluoksniai išskiriami:

• Troposfera - šis atmosferos sluoksnis yra arčiausiai Žemės paviršiaus. Jo aukštis yra 8-10 km virš polių ir 16-18 km tropikuose. Čia yra 90% viso atmosferoje esančio vandens garų, todėl vyksta aktyvus debesų susidarymas. Taip pat šiame sluoksnyje stebimi tokie procesai kaip oro (vėjo) judėjimas, turbulencija, konvekcija. Temperatūra svyruoja nuo +45 laipsnių vidurdienį šiltą sezoną tropikuose iki -65 laipsnių kampuose.
• Stratosfera yra antrasis atmosferos sluoksnis, nutolęs nuo žemės paviršiaus. Įsikūręs 11–50 km aukštyje. Žemutiniame stratosferos sluoksnyje temperatūra yra maždaug -55, atstumo kryptimi nuo Žemės, ji pakyla iki + 1 ° C. Ši sritis vadinama inversija ir yra stratosferos ir mezosferos riba.
• Mesosfera yra 50–90 km aukštyje. Temperatūra jos apatinėje riboje yra apie 0, viršuje - -80 ...- 90 ˚С. Meteoritai, patekę į Žemės atmosferą, yra visiškai sudeginti mezosferoje, todėl oras šviečia.
• Termosfera yra apie 700 km storio. Šiame sluoksnyje atsiranda auroras. Jie atsiranda dėl kosminės spinduliuotės ir spinduliavimo, kylančio iš saulės.
• Eksosfera yra oro dispersijos zona. Čia dujų koncentracija yra nedidelė, o jų laipsniškas pasitraukimas tarpplanetinėje erdvėje vyksta.

Riba tarp žemės atmosferos ir erdvės laikoma 100 km verte. Ši funkcija vadinama „Pocket line“.

Atmosferos slėgis

Klausydami orų prognozės dažnai girdime atmosferos slėgio rodiklius. Bet ką reiškia atmosferos slėgis ir kaip tai gali paveikti mus?

Mes supratome, kad orą sudaro dujos ir priemaišos. Kiekvienas iš šių komponentų turi savo svorį, o tai reiškia, kad atmosfera yra nesvarbi, nes buvo tikima iki XVII a. Atmosferos slėgis yra jėga, su kuria visi atmosferos sluoksniai spaudžia ant žemės paviršiaus ir visuose objektuose.

Mokslininkai atliko sudėtingus skaičiavimus ir įrodė, kad atmosfera sveria 10,333 kg kvadratiniam metrui. Tai reiškia, kad žmogaus kūnas yra veikiamas oro slėgiu, kurio svoris yra 12-15 tonų. Kodėl mes nejaučiame to? Jis taupo mūsų vidinį slėgį, kuris subalansuoja išorinį. Jūs galite pajusti atmosferos spaudimą, o plokštumoje arba aukštai kalnuose, nes atmosferos slėgis aukštyje yra daug mažesnis. Šiuo atveju fizinis diskomfortas, ausų klojimas, galvos svaigimas.

Galima daug pasakyti apie atmosferą. Mes žinome daug įdomių faktų apie ją, o kai kurie iš jų gali būti stebina:

• Žemės atmosferos svoris yra 5 300 000 000 000 tonų.
• Jis prisideda prie garso perdavimo. Daugiau nei 100 km aukštyje ši savybė išnyksta dėl atmosferos sudėties pasikeitimo.
• Atmosferos judėjimą sukelia netolygus Žemės paviršiaus šildymas.
• Oro temperatūrai nustatyti naudojamas termometras, o atmosferos slėgio jėgai nustatyti naudojamas barometras.
• Atmosferos buvimas saugo mūsų planetą nuo 100 tonų meteoritų kasdien.
• Oro sudėtis buvo nustatyta kelis šimtus milijonų metų, bet pradėjo sparčiai pradėjus veikti sparčiai.
• Manoma, kad atmosfera tęsiasi iki 3000 km aukščio.

Žmonių atmosferos vertė

Fiziologinė atmosferos zona yra 5 km. 5000 m aukštyje virš jūros lygio žmogus pradeda pasireikšti, o tai atsispindi sumažėjusio jo darbingumo ir gerovės blogėjimo. Tai rodo, kad žmogus negali išgyventi erdvėje, kurioje nėra šio nuostabaus dujų mišinio.

Visa informacija ir faktai apie atmosferą tik patvirtina jo svarbą žmonėms. Dėl savo buvimo atsirado galimybė plėtoti gyvenimą Žemėje. Jau šiandien, įvertinę žalos, kurią žmonijos sugeba pritaikyti gyvybei orui, mastą, turėtume pagalvoti apie tolesnes atmosferos išsaugojimo ir atkūrimo priemones.

Jūros lygyje 1013,25 hPa (apie 760 mm Hg). Vidutinė pasaulio temperatūra prie Žemės paviršiaus yra 15 ° C, o temperatūra svyruoja nuo 57 ° C subtropiniuose dykumose iki -89 ° C Antarktidoje. Oro tankis ir slėgis mažėja pagal aukštį pagal įstatymą, artimą eksponentiniam.

Atmosferos struktūra. Vertikaliai atmosfera turi sluoksniuotą struktūrą, kurią daugiausia lemia vertikalios temperatūros pasiskirstymo savybės (paveikslas), kuri priklauso nuo geografinės padėties, sezono, paros laiko ir pan. Apatinis atmosferos sluoksnis - troposfera - pasižymi temperatūros kritimu aukščiu (maždaug 6 ° С per 1 km), jo aukštis nuo 8-10 km poliarinėse platumose iki 16-18 km tropikuose. Dėl spartaus oro tankio sumažėjimo aukštyje troposferoje yra apie 80% visos atmosferos masės. Virš troposferos yra stratosfera - sluoksnis, kuriam būdingas bendras temperatūros padidėjimas su aukščiu. Pereinamasis sluoksnis tarp troposferos ir stratosferos vadinamas tropopauze. Žemutinėje stratosferoje iki maždaug 20 km lygio temperatūra kinta mažai, priklausomai nuo aukščio (vadinamojo izoterminio regiono) ir dažnai net šiek tiek mažėja. Didesnis temperatūros padidėjimas dėl saulės UV spindulių absorbcijos ozono, iš pradžių lėtai, ir nuo 34-36 km - greičiau. Viršutinė stratosferos riba - stratopauzė - yra 50-55 km aukštyje, atitinkanti didžiausią temperatūrą (260-270 K). 55–85 km aukštyje esantis atmosferos sluoksnis, kurio temperatūra vėl pakyla, yra vadinamas mezosfera, jos viršutinėje riboje - mezopauzė - temperatūra siekia 150-160 K vasarą ir 200–230 K žiemą. pasižymi sparčiu temperatūros kilimu, pasiekus 800-1200 K vertes 250 km aukštyje. Saulės saulės ir rentgeno spinduliuotė absorbuojama termosferoje, meteorai yra lėtinami ir sudeginami, todėl tarnauja kaip apsauginis Žemės sluoksnis. Didesnis vis dar yra eksosfera, iš kurios atmosferos dujos yra išsklaidytos į pasaulinę erdvę dėl išsklaidymo ir kur yra laipsniškas perėjimas iš atmosferos į tarpplanetinę erdvę.

Atmosferos sudėtis. Iki maždaug 100 km aukščio atmosfera yra beveik vienoda cheminėje sudėtyje, o vidutinė oro masė (apie 29) yra pastovi. Netoli Žemės paviršiaus atmosferą sudaro azoto (apie 78,1% tūrio) ir deguonies (apie 20,9%), taip pat yra nedidelis kiekis argono, anglies dioksido (anglies dioksido), neono ir kitų fiksuotų ir kintančių komponentų (žr. ).

Be to, atmosferoje yra nedidelis kiekis ozono, azoto oksidų, amoniako, radono ir kt. Santykinis pagrindinių komponentų kiekis laikui bėgant yra pastovus ir vienodai įvairiose geografinėse vietovėse. Vandens garų ir ozono kiekis kinta erdvėje ir laike; Nepaisant mažo jų kiekio, jų vaidmuo atmosferos procesuose yra labai svarbus.

Virš 100–110 km susidaro deguonies, anglies dioksido ir vandens garų disociacija, todėl sumažėja oro molekulinė masė. Maždaug 1000 km aukštyje vyrauja šviesios dujos - helis ir vandenilis, ir dar didesnė Žemės atmosfera palaipsniui keičiasi tarpplanetine dujomis.

Svarbiausia kintama atmosferos sudedamoji dalis yra vandens garai, patekę į atmosferą, kai išgaruoja iš vandens ir drėgno dirvožemio paviršiaus, taip pat augalų perpylimu. Santykinis vandens garų kiekis žemės paviršiuje svyruoja nuo 2,6% tropikų iki 0,2% poliarinėse platumose. Su aukščiu, jis greitai nukrenta, sumažėja perpus jau 1,5-2 km aukštyje. Vertikalioje atmosferos stulpoje vidutinio dydžio platumose yra apie 1,7 cm „nusodinto vandens sluoksnio“. Vandens garų kondensacijos metu susidaro debesys, iš kurių kritulių kiekis krenta lietaus, krušos ir sniego pavidalu.

Svarbi atmosferos oro sudedamoji dalis yra ozonas, koncentruotas 90% stratosferoje (nuo 10 iki 50 km), apie 10% - troposferoje. Ozonas suteikia kietos UV spinduliuotės sugerties (bangos ilgis yra mažesnis nei 290 nm), o tai yra jos apsauginis vaidmuo biosferoje. Bendro ozono kiekio reikšmės svyruoja nuo platumos ir sezono intervale nuo 0,22 iki 0,45 cm (ozono sluoksnio storis esant p = 1 atm slėgiui ir temperatūrai T = 0 ° C). Nuo 1980-ųjų pradžios Antarktidoje pavasarį pastebėtose ozono skylėse ozono kiekis gali nukristi iki 0,07 cm, o nuo pusiaujo iki stulpų didėja, o metinis kursas maksimalus pavasarį ir minimalus rudenį, o metinio kurso amplitudė maža tropikų ir auga iki didelių platumų. Svarbus kintamasis atmosferos komponentas yra anglies dioksidas, kurio kiekis atmosferoje per pastaruosius 200 metų išaugo 35%, daugiausia dėl antropogeninių veiksnių. Pastebėta jo platumos ir sezoninio kintamumo, susijusio su augalų fotosinteze ir tirpumu jūros vandenyje (pagal Henry įstatymą, dujų tirpumas vandenyje mažėja, didėjant temperatūrai).

Svarbų vaidmenį formuojant planetos klimatą vaidina atmosferos aerozolis - kietos ir skystos dalelės, suspenduotos ore, kurių dydis svyruoja nuo kelių nm iki dešimčių mikronų. Įvairūs natūralios ir antropogeninės aerozoliai. Aerozolis susidaro dujų fazinių reakcijų metu iš augalų gyvybės ir žmogaus veiklos, ugnikalnių išsiveržimų, atsirandančių dėl dulkių, kylančių iš vėjo iš planetos paviršiaus, ypač iš jos dykumos regionų, ir taip pat susidaro iš kosminių dulkių, patekusių į viršutinę atmosferą. Didžioji dalis aerozolių yra koncentruota troposferoje, aerozolis iš ugnikalnių išsiveržimų sudaro vadinamąjį Jungės sluoksnį maždaug 20 km aukštyje. Didžiausias antropogeninio aerozolio kiekis patenka į atmosferą dėl transporto priemonių ir CHP, chemijos gamyklų, kuro degimo ir kt. Todėl kai kuriose vietovėse atmosferos sudėtis pastebimai skiriasi nuo įprastinio oro, todėl reikėjo sukurti specialią oro taršos stebėsenos ir stebėsenos tarnybą.

Atmosferos raida. Šiuolaikinė atmosfera, atrodo, yra antrinės kilmės: ji buvo sudaryta iš dujų, kurias skleidė kietasis žemės sluoksnis po to, kai buvo užbaigta planeta maždaug 4,5 mlrd. Metų. Žemės geologinės istorijos metu atmosfera labai pasikeitė jo sudėtyje, turint omenyje daugelį veiksnių: dujų, daugiausia lengvesnių, išsklaidymą į kosmosą; dujų emisija iš litosferos, atsiradusi dėl vulkaninės veiklos; cheminės reakcijos tarp atmosferos komponentų ir plutos sudarančių uolų; fotocheminės reakcijos atmosferoje, veikiant saulės UV spinduliuotei; tarpplanetinės terpės medžiagos (pvz., meteorinės medžiagos) įsiskverbimas (surinkimas). Atmosferos raida glaudžiai susijusi su geologiniais ir geocheminiais procesais, o per pastaruosius 3-4 milijardus metų - ir biosferos veikla. Didelė dalis šiuolaikinės atmosferos sudarančių dujų (azotas, anglies dioksidas, vandens garai) atsirado vulkaninio aktyvumo ir įsibrovimo metu, kurie juos išvedė iš žemės gelmių. Deguonies atsiradimas buvo pastebimas maždaug prieš 2 milijardus metų, nes fotosintetinių organizmų veikla iš pradžių kilo vandenyno paviršiniuose vandenyse.

Remiantis karbonato nuosėdų cheminės sudėties duomenimis, buvo gautas anglies dioksido ir deguonies kiekis geologinės praeities atmosferoje. Per Phanerozoic (paskutiniai 570 milijonų metų Žemės istorija) anglies dioksido kiekis atmosferoje labai skyrėsi pagal vulkaninio aktyvumo lygį, vandenyno temperatūrą ir fotosintezės lygį. Dauguma šio laiko anglies dioksido koncentracija atmosferoje buvo žymiai didesnė (iki 10 kartų). Deguonies kiekis fenerozo atmosferoje žymiai pasikeitė, ir vyrauja tendencija jo augimui. Prahambrijos atmosferoje anglies dioksido masė paprastai buvo didesnė, o deguonies masė - mažesnė nei fanozozo atmosfera. Anglies dioksido kiekio svyravimai praeityje turėjo didelę įtaką klimatui, didindami šiltnamio efektą, didėjant anglies dioksido koncentracijai, dėl to didžioji fanerozoikinės dalies klimatas buvo daug šiltesnis, palyginti su šiuolaikine erdve.

Atmosfera ir gyvenimas. Be atmosferos Žemė būtų mirusi planeta. Ekologinis gyvenimas vyksta glaudžiai bendradarbiaujant su atmosfera ir su ja susijusiu klimatu bei oru. Svarbi masė, palyginti su visa pasauliu (maždaug viena milijoninė dalis), atmosfera yra būtina sąlyga visoms gyvenimo formoms. Didžiausia atmosferos dujų vertė organizmams yra deguonis, azotas, vandens garai, anglies dioksidas, ozonas. Kai anglies dioksidą absorbuoja fotosintetiniai augalai, sukuriama organinė medžiaga, kurią kaip energijos šaltinį naudoja dauguma gyvų būtybių, įskaitant žmones. Deguonis yra būtinas aerobiniams organizmams, kuriems energijos srautas gaunamas oksiduojant organines medžiagas. Tam tikrų mikroorganizmų (azoto fiksatoriai) absorbuotas azotas reikalingas augalų mineraliniam mitybai. Ozonas, kuris sugeria saulės kietąją UV spinduliuotę, žymiai susilpnina šią žalingą saulės spinduliuotės dalį. Vandens garų kondensacija atmosferoje, debesų susidarymas ir tolesnis vandens nusodinimas į vandenį tiekia vandenį, be kurio neįmanoma gyventi. Gyvybiškai svarbų organizmų aktyvumą hidrosferoje lemia vandenyje ištirpusių atmosferos dujų kiekis ir cheminė sudėtis. Kadangi cheminė atmosferos sudėtis iš esmės priklauso nuo organizmų aktyvumo, biosfera ir atmosfera gali būti laikomos vienos sistemos dalimi, kurios palaikymas ir evoliucija (žr. Biogeocheminiai ciklai) buvo labai svarbi keičiant atmosferos sudėtį visoje Žemės istorijoje kaip planetą.

Spinduliavimo, šilumos ir vandens balansas atmosferoje. Saulės spinduliavimas yra beveik vienintelis energijos šaltinis visiems fiziniams procesams atmosferoje. Pagrindinė funkcija radiacijos režimą Atmosfera - vadinamasis šiltnamio efektas: atmosfera gana gerai perduoda saulės spinduliuotę į žemės paviršių, tačiau aktyviai sugeria šilumos ilgą bangų spinduliuotę iš žemės paviršiaus, kurio dalis grįžta į paviršių priešprieša, kuri kompensuoja šilumos nuostolius iš žemės paviršiaus (žr. Atmosferos spinduliavimas). Nesant atmosferos, vidutinė žemės paviršiaus temperatūra būtų -18 ° C, iš tikrųjų ji yra 15 ° C. Gaunama saulės spinduliuotė yra dalinai (apie 20%) absorbuojama į atmosferą (daugiausia vandens garai, vandens lašai, anglies dioksidas, ozonas ir aerozoliai), taip pat yra išsklaidyta (apie 7%) aerozolio dalelėms ir tankio svyravimams (Rayleigh sklaida). Bendra spinduliuotė, pasiekianti žemės paviršių, iš dalies atsispindi (apie 23%). Atspindžio koeficientą lemia pagrindinio paviršiaus, vadinamojo albedo, atspindėjimas. Vidutinės saulės spinduliuotės srautui priklausantis albedas yra beveik 30%. Jis svyruoja nuo kelių procentų (sausas dirvožemis ir chernozemas) iki 70-90% šviečiam sniegui. Spinduliuotės šilumos mainai tarp žemės paviršiaus ir atmosferos iš esmės priklauso nuo albedo ir priklauso nuo efektyvios Žemės paviršiaus spinduliuotės ir jos absorbuotos atmosferos spinduliavimo. Spinduliuotės balansas vadinamas spinduliavimo srautų, patekusių į žemės atmosferą iš išorinės erdvės, paleidimu.

Saulės spinduliuotės transformacijos po to, kai ją sugeria atmosfera ir žemės paviršius, lemia Žemės kaip planetos šilumos balansą. Pagrindinis atmosferos šilumos šaltinis yra žemės paviršius; šiluma iš jos perduodama ne tik ilgos bangos spinduliuotės, bet ir konvekcijos pavidalu, taip pat išleidžiama vandens garų kondensacijos metu. Šių šilumos srautų dalis vidutiniškai yra atitinkamai 20%, 7% ir 23%. Ji taip pat prideda apie 20% šilumos dėl tiesioginių saulės spindulių absorbcijos. Saulės spinduliuotės srautas per laiko vienetą per vieną plotą, statmeną saulės spinduliams ir esančias už atmosferos, esant vidutiniam atstumui nuo Žemės iki Saulės (vadinamasis saulės konstantas) yra 1367 W / m 2, pokyčiai yra 1-2 W / m 2, priklausomai nuo ciklą saulės veikla. Su planetiniu albedu apie 30% vidutinio pasaulio saulės energijos srauto į planetą yra 239 W / m 2. Kadangi Žemė kaip planeta išskiria tą patį energijos kiekį į erdvę, tada pagal Stefano - Boltzmanno įstatymą išeinančio šiluminio ilgojo bangos spinduliuotės efektyvi temperatūra yra 255 K (-18 ° C). Tuo pačiu metu vidutinė žemės paviršiaus temperatūra yra 15 ° C. 33 ° C skirtumas atsiranda dėl šiltnamio efektą.

Viso atmosferos vandens balansas atitinka lygiavertį drėgmės kiekį, išgaruotą iš Žemės paviršiaus, kritulių, esančių ant žemės paviršiaus, kiekį. Vandenynų atmosfera gauna daugiau drėgmės iš garinimo procesų nei per žemę ir praranda kritulių kiekį 90%. Vandens garai per vandenynus perteklius į žemynus oro srautais. Vandens garų, gabenamų į atmosferą iš vandenynų į žemynus, kiekis yra lygus upių, tekančių į vandenynus, srauto tūriui.

Oro judėjimas. Žemė turi sferinę formą, todėl, esant didelėms platumoms, daug mažiau saulės spindulių nei tropikai. Dėl šios priežasties tarp platumos matyti dideli temperatūros kontrastai. Temperatūros pasiskirstymą taip pat žymiai veikia santykinė vandenynų ir žemynų padėtis. Dėl didelio vandenyno vandens kiekio ir didelio vandens šilumos pajėgumo sezoniniai vandenyno paviršiaus temperatūros svyravimai yra daug mažesni nei žemė. Šiuo atžvilgiu viduryje ir didelėse platumose vandenynų oro temperatūra vasarą pastebimai mažesnė nei žemynuose, o žiemą - aukštesnė.

Netolygus atmosferos kaitinimas skirtinguose pasaulio regionuose sukelia nevienodą erdvinio atmosferos slėgio pasiskirstymą. Jūros lygyje slėgio pasiskirstymas pasižymi santykinai mažomis vertėmis šalia ekvatoriaus, subtropikų (aukšto slėgio diržų) padidėjimu ir vidutinės ir didelės platumos sumažėjimu. Tuo pačiu metu spaudimas žiemą dažniausiai didėja virš ekstratropinių platumų žemynų, o vasarą dėl temperatūros pasiskirstymo jis sumažėja. Vykstant slėgio gradientui, oras patiria pagreitį, nukreiptą iš aukšto slėgio zonų į žemas sritis, o tai lemia oro masių judėjimą. Judančias oro mases taip pat paveikia žemės sukimosi jėga (Coriolis jėga), trinties jėga mažėja aukštyje ir kreivinės trajektorijos bei išcentrinė jėga. Turbulentinis oro maišymas yra labai svarbus (žr. Turbulencija atmosferoje).

Kompleksinė oro srovių sistema (bendra atmosferos cirkuliacija) yra susijusi su planetos slėgio pasiskirstymu. Meridionalinėje plokštumoje galima atsekti dvi ar tris meridionalinės cirkuliacijos ląsteles. Netoli pusiaujo, šildomas oras pakyla ir patenka į subtropiką ir sudaro Hadley langelį. Toje pačioje vietoje grįžta „Ferrell“ grįžtamojo elemento oras. Didelėse platumose dažnai sekama tiesi polinė ląstelė. Meridionalinės cirkuliacijos greitis yra apie 1 m / s ar mažesnis. Dėl Koriolio jėgos poveikio daugumoje atmosferos stebimi vakarų vėjai, kurių greitis vidurinėje troposferoje yra apie 15 m / s. Yra gana stabilios vėjo sistemos. Tai yra prekybos vėjai - vėjai, pūtžiantys nuo aukšto slėgio diržų subtropikoje iki pusiaujo su pastebimu rytiniu komponentu (nuo rytų iki vakarų). Monsoonai yra gana stabilūs - oro srovės, turinčios aiškų sezoninį pobūdį: vasarą jos išplaukia iš vandenyno į žemyną ir žiemą priešinga kryptimi. Ypač reguliarūs yra Indijos vandenyno monons. Vidurio platumose oro masių judėjimas yra daugiausia vakarų kryptimi (nuo vakarų iki rytų). Tai atmosferos frontų zona, kurioje kyla dideli šlaunikauliai - ciklonai ir anticiklonai, apimantys daugybę šimtų ir net tūkstančių kilometrų. Tropikuose atsiranda ciklonai; čia jie pasižymi mažesniais dydžiais, tačiau labai dideli vėjo greičiai pasiekia uragano pajėgas (33 m / s ir daugiau), vadinamuosius tropinius ciklonus. Atlanto vandenyne ir rytinėje Ramiojo vandenyno dalyje jie vadinami uraganais, o vakarinėje Ramiojo vandenyno dalyje jie yra taifūnai. Viršutinėje troposferoje ir žemutinėje stratosferoje vietovėse, skiriančiose Hadley dienovidinio cirkuliacijos tiesioginę ląstelę ir grįžtamąjį „Ferrell“ elementą, dažnai yra gana siauri, šimtai kilometrų pločio, srovės srautai su smarkiai ribotomis ribomis, per kurias vėjas pasiekia 100–150 ir net 200 m / c.

Klimatas ir oras. Saulės spinduliuotės kiekio skirtumai, skirtingi įvairiose platumose prie žemės paviršiaus su įvairiomis fizinėmis savybėmis, lemia Žemės klimato įvairovę. Nuo pusiaujo iki atogrąžų platumos, oro temperatūra žemės paviršiuje vidutiniškai siekia 25–30 ° C ir šiek tiek skiriasi per metus. Pusiaujo pločio juostoje dažniausiai nusileidžia kritulių kiekis, o čia susidaro pernelyg drėgmės sąlygos. Tropinėse zonose kritulių kiekis sumažėja, o kai kuriose vietovėse jis tampa labai mažas. Čia yra didieji žemės dykumos.

Subtropinėse ir vidutinėse platumose oro temperatūra per metus labai skiriasi, o skirtumas tarp vasaros ir žiemos temperatūros ypač didelis žemynuose, nutolusiuose nuo vandenynų. Taigi kai kuriuose Rytų Sibiro regionuose oro temperatūros amplitudė siekia 65 ° С. Drėgnumo sąlygos šiose platumose yra labai įvairios, daugiausia priklauso nuo bendro atmosferos apyvartos režimo ir kiekvienais metais labai skiriasi.

Poliarinėse platumose temperatūra išlieka maža ištisus metus, net jei pastebimas sezoninis svyravimas. Tai prisideda prie plataus ledo dangų pasiskirstymo vandenynuose ir sausumoje bei amžiname rytuose, kurie užima daugiau kaip 65% jos ploto Rusijoje, daugiausia Sibire.

Per pastaruosius dešimtmečius pokyčiai tapo ryškesni. pasaulinis klimatas. Temperatūra didėja didesnėse platumose nei mažomis; daugiau žiemą nei vasarą; daugiau naktį nei dienos metu. Vidutinė metinė oro temperatūra žemės paviršiuje Rusijoje per XX a. Padidėjo 1,5–2 ° C, o kai kuriuose Sibiro regionuose pastebėtas kelių laipsnių padidėjimas. Tai susiję su padidėjusiu šiltnamio efektu dėl didėjančios mažų dujų priemaišų koncentracijos.

Orą lemia atmosferos cirkuliacijos sąlygos ir geografinė vietovės padėtis, ji yra labiausiai stabili tropikuose ir labiausiai kintama vidurinėje ir aukštoje platumoje. Visų pirma, oro pokyčiai oro masių pokyčių zonose, atsirandantys dėl atmosferos fasadų, ciklonų ir anticiklonų, turinčių kritulių, ir vėjo intensyvinimo. Meteorologinių palydovų, laivų ir orlaivių duomenys apie orų prognozes renkami iš meteorologinių palydovų. Taip pat žr. Meteorologija.

Optiniai, akustiniai ir elektriniai reiškiniai atmosferoje. Kai elektromagnetinė spinduliuotė plinta atmosferoje dėl šviesos susiliejimo, absorbcijos ir sklaidos oru ir įvairiomis dalelėmis (aerozoliais, ledais kristalais, vandens lašeliais), atsiranda įvairių optinių reiškinių: vaivorykštė, karūnos, halogenas, miražas ir kt. Šviesos sklaida sukelia matomą dangaus aukštį ir dangų mėlyno dangaus spalva Objektų matomumo diapazoną lemia šviesos plitimo atmosferoje sąlygos (žr. „Atmosferos matomumas“). Nuo atmosferos skaidrumo skirtingais bangos ilgiais priklauso nuo ryšio atstumo ir gebėjimo aptikti objektus su instrumentais, įskaitant astronominių stebėjimų iš Žemės paviršiaus galimybę. Twilighto fenomenas vaidina svarbų vaidmenį tiriant stratosferos ir mezosferos optinius heterogeniškumą. Pavyzdžiui, erdvėlaivio šviesos fotografavimas gali aptikti aerozolių sluoksnius. Elektromagnetinės spinduliuotės plitimo atmosferoje ypatumai lemia jo parametrų nuotolinio stebėjimo metodų tikslumą. Visi šie klausimai, kaip ir daugelis kitų, nagrinėjami pagal atmosferos optiką. Radijo bangų refrakcija ir sklaida lemia radijo priėmimo galimybes (žr. „Radijo sklidimas“).

Garso sklidimas atmosferoje priklauso nuo temperatūros ir vėjo greičio erdvinio pasiskirstymo (žr. „Atmosferos akustika“). Tai domina nuotolinį atmosferos tyrimą. Raketų įkrovos į viršutinę atmosferą sprogdavo daug informacijos apie vėjo sistemas ir temperatūros eigą stratosferoje ir mezosferoje. Stabiliai sluoksniuotoje atmosferoje, kai temperatūra nukrinta lėčiau nei adiabatinis gradientas (9,8 K / km), atsiranda vadinamosios vidinės bangos. Šios bangos gali plisti į stratosferą ir net į mezosferą, kur jos susilpnėja, prisideda prie vėjo ir turbulencijos padidėjimo.

Neigiamas Žemės ir jo sukelto elektros lauko įkrovimas kartu su elektriniu būdu įkrauta jonosfera ir magnetosfera sukuria pasaulinę elektros grandinę. Svarbų vaidmenį vaidina debesų susidarymas ir perkūnija. Žaibo iškrovimo pavojus sukėlė poreikį sukurti pastatų, konstrukcijų, elektros linijų ir ryšių apsaugos nuo žaibo metodus. Šis reiškinys ypač pavojingas aviacijai. Neramių nuotėkių metu atsiranda atmosferos trukdžių, vadinamų atmosfera (žr. „Whistling atmosfera“). Staigiai didėjant elektriniam lauko intensyvumui, pastebimi šviesos išleidimai, atsirandantys ant žemės paviršiaus iškilusių objektų antgalių ir aštrių kampų, ant atskirų kalnų viršūnių ir tt („Elma“ žibintai). Atmosferos elektros laidumą lemiančiose sąlygose, atmosferoje, visada yra labai įvairaus šviesos ir sunkiųjų jonų. Pagrindiniai žemės paviršiaus oro jonizatoriai yra radioaktyviųjų medžiagų, esančių žemės plutoje ir atmosferoje, bei kosminių spindulių spinduliuotė. Taip pat žr.

Žmogaus įtaka atmosferai.  Per pastaruosius šimtmečius dėl žmogaus veiklos padidėjo šiltnamio efektą sukeliančių dujų koncentracija atmosferoje. Anglies dioksido procentas padidėjo nuo 2,8-10 2 prieš du šimtus metų iki 3,8–10 2 2005 m., Metano kiekis padidėjo nuo 0,7–10 1 maždaug 300–400 metų iki 1,8–10 -4 XXI a. pradžioje; apie 20 proc. pastarojo amžiaus šiltnamio efekto padidėjimo davė freonai, kurie iki XX a. vidurio praktiškai nedalyvavo atmosferoje. Šios medžiagos pripažįstamos stratosferos ozono naikintuvais, o jų gamyba yra uždrausta 1987 m. Monrealio protokolu. Didėjančią anglies dioksido koncentraciją atmosferoje sukelia vis didėjančio anglies, naftos, dujų ir kitų rūšių anglies degalų kiekio deginimas, taip pat miškų mažinimas, dėl to sumažėja anglies dioksido absorbcija fotosintezės būdu. Metano koncentracija didėja didėjant naftos ir dujų gamybai (dėl jos praradimo), taip pat dėl ​​ryžių pasėlių augimo ir galvijų skaičiaus didėjimo. Visa tai prisideda prie klimato atšilimo.

Norėdami pakeisti orą, buvo sukurti aktyvaus atmosferos procesų poveikio metodai. Jie naudojami žemės ūkio augalams apsaugoti nuo krušos, išsklaidant specialius reagentus, kurie yra debesų debesyse. Taip pat yra metodų, kaip išsklaidyti rūkas oro uostuose, apsaugoti augalus nuo šalčio, daryti įtaką debesims, kad padidėtų kritulių kiekis tinkamose vietose arba viešuose renginiuose būtų išsklaidyti debesys.

Aplinkos tyrinėjimas. Informacija apie fizinius procesus atmosferoje pirmiausia gaunama iš meteorologinių stebėjimų, kuriuos atlieka visame pasaulyje nuolat veikiančių meteorologinių stočių ir postų visuose žemynuose ir daugelyje salų tinklas. Dienos stebėjimai pateikia informaciją apie oro temperatūrą ir drėgmę, atmosferos slėgį ir kritulius, drumstumą, vėją ir kt. Saulės spindulių ir jo transformacijų stebėjimai atliekami aktinometrinėse stotyse. Didelė svarba atmosferos tyrimams yra viršutinių oro stočių tinklai, kuriuose meteorologiniai matavimai atliekami su radiosondais iki 30-35 km. Daugelyje stočių stebimi atmosferos ozono, atmosferos reiškiniai ir cheminė oro sudėtis.

Antžeminių stočių duomenys papildomi pastabomis apie vandenynus, kuriuose veikia „oro laivai“, kurie nuolat yra tam tikrose vandenynų vietose, ir meteorologinė informacija, gauta iš mokslinių tyrimų ir kitų laivų.

Pastaraisiais dešimtmečiais vis daugiau informacijos apie atmosferą buvo gauta naudojant meteorologinius palydovus, kuriuose įrengtos debesų fotografavimo priemonės ir ultravioletinių, infraraudonųjų spindulių ir mikrobangų spinduliuotės srauto matavimas nuo saulės. Palydovai teikia informaciją apie vertikalius temperatūros profilius, drumstumą ir vandens saugojimą, atmosferos spinduliuotės balanso elementus, vandenyno paviršiaus temperatūrą ir kt. Naudojant navigacijos palydovų sistemos radijo signalo lūžio matavimus galima nustatyti vertikalius tankio, slėgio ir temperatūros profilius atmosferoje, taip pat drėgmės kiekį . Kartu su palydovais tapo įmanoma išsiaiškinti Žemės saulės pastovios ir planetinės albedos vertę, sukurti Žemės atmosferos sistemos radiacijos balanso žemėlapius, išmatuoti mažų atmosferos priemaišų turinį ir kintamumą, spręsti daugelį kitų atmosferos fizikos ir aplinkos monitoringo problemų.

Lit.: Budyko M. I. Klimatas praeityje ir ateityje. L., 1980; Matveev L. T. Bendrosios meteorologijos eiga. Atmosferos fizika. 2nd ed. L., 1984; Budyko M. I., Ronov A. B., Yanshin A. L. Atmosferos istorija. L., 1985; Khrgian A. Kh. Atmosferos fizika. M., 1986; Atmosfera: nuoroda. L., 1991; Chromovo S.P., Petrosyants M.A. Meteorologija ir klimatologija. 5th ed. M., 2001.

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

Atmosfera yra žemės dujinis korpusas, kuriame yra aerozolio dalelių, juda kartu su Žemė pasaulinėje erdvėje kaip visuma ir tuo pačiu metu dalyvaujant Žemės sukimui. Atmosferos apačioje mūsų gyvenimas iš esmės vyksta.

Beveik visos mūsų Saulės sistemos planetos turi savo atmosferą, tačiau tik sausumos atmosfera gali palaikyti gyvenimą.

Kai mūsų planeta buvo sukurta prieš 4,5 mlrd. Metų, tada, matyt, atimta atmosfera. Atmosfera susidarė dėl vulkaninių vandens garų emisijų, turinčių anglies dioksido, azoto ir kitų cheminių medžiagų iš jaunosios planetos žarnyno. Tačiau atmosferoje gali būti ribotas drėgmės kiekis, todėl jo perteklius dėl kondensacijos sukėlė vandenynus. Bet tada atmosfera buvo atimta deguonies. Pirmieji gyvi organizmai, atsiradę ir išsivystę vandenyje, dėl fotosintezės reakcijos (H 2 O + CO 2 = CH 2 O + O 2) pradėjo mažai deguonies dalių, kurios pradėjo patekti į atmosferą.

Dėl deguonies susidarymo Žemės atmosferoje atsirado ozono sluoksnis maždaug 8–30 km aukštyje. Taigi, mūsų planeta įgijo apsaugą nuo žalingo ultravioletinių tyrimų poveikio. Nuo šiol ši aplinkybė paskatino tolesnį gyvenimo formų vystymąsi Žemėje dėl padidėjusios fotosintezės deguonies kiekis atmosferoje sparčiai augo, o tai prisidėjo prie gyvybės formų, įskaitant žemę, susidarymo ir palaikymo.

Šiandien mūsų atmosfera yra 78,1% azoto, 21% deguonies, 0,9% argono, 0,04% anglies dioksido. Palyginti su pagrindinėmis dujomis, neonas, helis, metanas ir kriptonas sudaro labai mažas frakcijas.

Atmosferoje esančių dujų daleles paveikia Žemės jėgos jėga. Ir, atsižvelgiant į tai, kad suspaustas oras, jo tankis palaipsniui mažėja, o aukštis eina į išorinę erdvę be aiškios ribos. Pusė visos žemės atmosferos masės yra sutelkta žemesnėse 5 km, trijose ketvirčiuose - žemesnėse 10 km, devynios dešimtosios - žemesnės 20 km. 99% Žemės atmosferos masės yra sutelkta žemiau 30 km aukščio, kuris yra tik 0,5% mūsų planetos pusiaujo spindulio.

Jūros lygyje atomų ir molekulių skaičius vienam kubiniam centimetrui oro yra apie 2 * 10 19, tik 600 km aukštyje 2 * 10 7. Jūros lygyje atomas ar molekulė skrenda apie 7 * 10–6 cm prieš susidūrimą su kita dalele. 600 km aukštyje šis atstumas yra apie 10 km. Jūrų lygmeniu apie 7 * 10 9 tokie susidūrimai įvyksta kas sekundę, 600 km aukštyje - tik apie vieną minutę!

Tačiau ne tik slėgio pokyčiai, kai aukštis. Temperatūra taip pat keičiasi. Pavyzdžiui, aukšto kalno papėdėje jis gali būti gana karštas, o kalno viršūnė yra padengta sniegu, o temperatūra tuo pačiu metu yra žemesnė už nulį. Tačiau būtina pakilti į lėktuvą maždaug 10-11 km aukštyje, nes girdite pranešimą, kuris virš jūros lygio - 50 laipsnių, o žemės paviršius yra 60-70 laipsnių šiltesnis ...

Iš pradžių mokslininkai manė, kad temperatūra aukštyje mažėja, kol pasiekia absoliutųjį nulį (-273,16 ° C). Bet tai ne.

Žemės atmosferą sudaro keturi sluoksniai: troposfera, stratosfera, mezosfera, jonosfera (termosfera). Toks padalijimas į sluoksnius priimamas remiantis duomenimis apie aukščio temperatūros pokyčius. Žemiausias sluoksnis, kuriame oro temperatūra nukrenta aukštyje, buvo vadinama troposfera. Virš troposferos esantis sluoksnis, kuriame sustoja temperatūra, pakeičiamas izoterminiu, o galiausiai temperatūra pradeda kilti, vadinama stratosfera. Sluoksnis virš stratosferos, kurioje temperatūra vėl krenta, yra mezosfera. Ir, galiausiai, sluoksnis, kuriame temperatūra vėl pakyla, vadinama jonosfera arba termosfera.

Troposfera vidutiniškai tęsiasi žemesnėse 12 km. Būtent vyksta mūsų orų formavimasis. Didžiausi debesys (cirrus) susidaro viršutiniuose troposferos sluoksniuose. Temperatūra troposferoje adiabatiškai mažėja, ty aukštis, t.y. temperatūros pokytis atsiranda dėl slėgio sumažėjimo aukštyje. Troposferos temperatūros profilis daugiausia priklauso nuo saulės spindulių, patekusių į Žemės paviršių. Dėl Saulės šildymo Žemės paviršiaus susidaro konvekciniai ir turbulentiniai srautai, nukreipti į viršų ir sudaro orą. Verta pažymėti, kad pagrindinio paviršiaus įtaka apatiniams troposferos sluoksniams yra maždaug 1,5 km aukščio. Žinoma, išskyrus kalnų vietoves.

Viršutinė troposferos riba yra tropopauzė, izoterminis sluoksnis. Prisiminkite tipišką debesų debesų formą, kurios viršūnė yra „debesys“, vadinamas „alviliu“. Nuo to laiko „anvil“ „plinta“ po tropopauzės dėl izotermijos kylantys oro srautai gerokai susilpnėja, o debesis nustoja vystytis vertikaliai. Tačiau ypatingais, retais atvejais kumuliacinių debesų viršūnės gali įsiveržti į apatinę stratosferą ir įveikti tropopauzę.

Tropopauzės aukštis priklauso nuo platumos. Taigi, pusiaujo pusėje jis yra maždaug 16 km aukštyje ir jo temperatūra yra apie -80 ° C. Tropopuso poliai yra žemiau - maždaug 8 km aukštyje. Vasarą jos temperatūra čia yra -40 ° C ir žiemą -60 ° C. Taigi, nepaisant daugiau aukšta temperatūra  Žemės paviršiuje tropinis tropas yra daug šaltesnis nei polių.

Be to, stratosferoje temperatūra nesumažėja aukštyje, bet, priešingai, didėja, kol ji pasiekia -30 ° C ... + 20 ° C, priklausomai nuo sezono ir platumos maždaug 48 km aukštyje. Šį temperatūros padidėjimą lemia ultravioletinės spinduliuotės sąveika su ozono sluoksniu, kuris yra tiesiog stratosferoje. Beje, stratosfera taip pat turi įtakos oro sąlygoms. Neseniai atsirado tyrimų, rodančių stratosferos parametrų ir paviršiaus temperatūros anomalijų ryšį. Tikriausiai šių tyrimų plėtra leis mokslininkams sukurti pažangesnius ir tikslesnius metodus, skirtus ilgalaikiam temperatūros anomalijų prognozavimui Žemės paviršiuje (30–40 dienų).

Reikia pridurti, kad vandens garų kiekis stratosferoje smarkiai mažėja, o ozono kiekis didėja. Taigi, troposfera ir sausas, o ozono turtingas stratosfera susidaro akivaizdus kontrastas tarp drėgnos ir ozono prastos ozono.

Nepaisant stratosferos sausumo, šaltuoju metų laiku, esant didelėms platumoms, debesys gali išlikti 17–30 km aukštyje.

Stratosfera siekia apie 48 km virš mūsų planetos paviršiaus ir kartu su troposfera sudaro 99,9% mūsų atmosferos.

Viršutinė stratosferos riba yra stratopauzė.

Virš stratopauzės temperatūra vėl pradeda mažėti. Šis sluoksnis vadinamas mezosfera ir yra vidurinėje atmosferoje. Viršutiniuose mezosferos sluoksniuose temperatūra nukrenta iki -90 ° C. Mesosferoje gimsta gražus šviesos reiškinys atmosferoje, pavyzdžiui, meteoras. Todėl, žiūrėdami „krintančias žvaigždes“, nepamirškite, kad šis reiškinys mes matome mesosferoje. Be to, viršutiniuose mezosferos sluoksniuose susidaro paslaptingi noctilucentiniai debesys, kurie šiauriniame Žemės pusrutulyje stebimi trumpomis vasaros naktimis nuo gegužės iki rugpjūčio virš šiaurinio horizonto. Mesosfera baigiasi mesopauze maždaug 85 km aukštyje. Aukštose platumose mezopauzės temperatūra svyruoja nuo -120 ° C vasarą iki -50 ° žiemą.

Vasaros mėnesiais, didėjant vertikaliosios temperatūros gradientams mesosferoje, esant didelėms platumoms, įsk. Dėl maksimalios stratopauzės temperatūros dėl maksimalaus saulės spinduliuotės susidaro kylančios srovės, dėl kurių susidaro ploni debesys, vadinami sidabru. Noctilucent debesys viršutiniame mezosferoje sudaro apie 80 km aukštyje virš Žemės paviršiaus.

Viršutinis atmosferos sluoksnis vadinamas jonosfera (termosfera). Čia temperatūra vėl pradeda kilti, o reikšmingos vertės (priklausomai nuo saulės aktyvumo - iki 500–1000 ° K). Dienos temperatūros svyravimai čia yra šimtai laipsnių! Bet čia oras yra taip išlaisvintas, kad mūsų suvokimo „temperatūros“ sąvoka reiškia mažai.

Tokie gražūs gamtos reiškiniai kaip aurorai atsiranda jonosferoje.

Termopauzės aukštis priklausomai nuo saulės aktyvumo svyruoja nuo 200 iki 500 km. Virš 500 km temperatūros nustatymas yra labai sunkus uždavinys dėl itin aukštų šių viršutinių žemės atmosferos ribų.