Vrstvy atmosféry, štruktúra atmosférických vrstiev. Vrstvy atmosféry

Atmosféra je zmesou rôznych plynov. Rozprestiera sa od zemského povrchu do nadmorskej výšky 900 km, chráni planétu pred škodlivým spektrom slnečného žiarenia a obsahuje plyny potrebné pre celý život na planéte. Atmosféra si zachováva slnečné teplo, ohrieva vzduch v blízkosti zemského povrchu a vytvára priaznivé prostredie.

Atmosférické zloženie

Zemská atmosféra pozostáva hlavne z dvoch plynov - dusíka (78%) a kyslíka (21%). Okrem toho obsahuje nečistoty oxidu uhličitého a iných plynov. v atmosfére existuje vo forme pary, kvapiek vlhkosti v oblakoch a ľadových kryštálov.

Vrstvy atmosféry

Atmosféra sa skladá z mnohých vrstiev, medzi ktorými nie sú žiadne jasné hranice. Teploty rôznych vrstiev sa navzájom výrazne líšia.

Bezvzduchová magnetosféra. Väčšina satelitov Zeme letí mimo zemskej atmosféry. Exosféra (450-500 km od povrchu). Takmer neobsahuje plyny. Niektoré meteorologické satelity lietajú v exosfére. Termosféra (80–450 km) sa vyznačuje vysokými teplotami a dosahuje hornú vrstvu 1700 ° C. Mesosphere (50-80 km). V tejto oblasti klesá, keď sa výška zvyšuje. Práve tu väčšina meteoritov (fragmentov kozmických hornín), ktoré vstupujú do atmosféry, horí. Stratosféra (15-50 km). Obsahuje ozón, t.j. vrstvu ozónu, ktorá absorbuje ultrafialové žiarenie slnka. To vedie k zvýšeniu teploty v blízkosti povrchu Zeme. Prúd lietadiel zvyčajne lietajú, pretože viditeľnosť tohto slova je veľmi dobrá a takmer žiadna interferencia v dôsledku poveternostných podmienok. Troposféra. Nadmorská výška sa pohybuje od 8 do 15 km od zemského povrchu. Toto je miesto, kde sa formuje počasie planéty táto vrstva obsahuje najviac vodných pár, prachu a vetra. Teplota klesá so vzdialenosťou od zemského povrchu.

Atmosférický tlak

Hoci to necítime, vrstvy atmosféry vyvíjajú tlak na povrch Zeme. Najvyšší atmosférický tlak sa nachádza v blízkosti povrchu a postupne sa od neho odstraňuje. Závisí to od teploty pôdy a oceánu, a preto v oblastiach v rovnakej výške nad hladinou mora je často iný tlak. Nízky tlak prináša vlhké počasie, a keď vysoký tlak zvyčajne stanovuje jasné počasie.

Pohyb vzdušných hmôt v atmosfére

Zmeny teploty a tlaku spôsobujú miešanie atmosféry v nižších vrstvách atmosféry. Takto vietor fúka z vysokotlakových oblastí na nízke. V mnohých regiónoch dochádza k miestnym vetrom spôsobeným zmenami teploty na pevnine a na mori. Hory majú tiež významný vplyv na smer vetra.

Skleníkový efekt

Oxid uhličitý a iné plyny, ktoré sú súčasťou zemskej atmosféry, zadržujú slnečné teplo. Tento proces sa nazýva skleníkový efekt, pretože v mnohých ohľadoch pripomína cirkuláciu tepla v skleníkoch. Skleníkový efekt so sebou prináša globálneho otepľovania   na planéte. V oblastiach vysokého tlaku - anticyklony - jasné slnečné počasie sady. V oblastiach s nízkym tlakom - cyklóny - je počasie zvyčajne nestabilné. Teplo a svetlo vstupujúce do atmosféry. Plyny zachytávajú teplo odrazené od zemského povrchu, čo spôsobuje nárast teploty na Zemi.

V stratosfére sa nachádza špeciálna ozónová vrstva. Ozón zadržiava väčšinu ultrafialového žiarenia Slnka a chráni z neho Zem a všetok život. Vedci zistili, že príčinou zničenia ozónovej vrstvy sú špeciálne chlórfluórované uhľovodíky obsiahnuté v niektorých aerosóloch a chladiacich zariadeniach. V Arktíde a Antarktíde boli v ozónovej vrstve objavené obrovské diery, ktoré prispeli k zvýšeniu množstva ultrafialového žiarenia pôsobiaceho na povrch Zeme.

Ozón vzniká v nižšej atmosfére v dôsledku chemickej reakcie medzi slnečným žiarením a rôznymi výfukovými plynmi a plynmi. To je zvyčajne rozptýlené v celej atmosfére, ale ak je uzavretá vrstva studených foriem pod teplým vzduchom, ozón koncentráty a smog dochádza. Bohužiaľ, toto nemôže kompenzovať stratu ozónu v ozónových dierach.

Fotografia zo satelitu jasne ukazuje dieru v ozónovej vrstve nad Antarktídou. Veľkosť otvoru sa líši, ale vedci veria, že sa neustále zvyšuje. Uskutočňujú sa pokusy o zníženie úrovne výfukových plynov v atmosfére. Znečistenie ovzdušia by sa malo znížiť a bezdymové palivá by sa mali používať v mestách. Smog spôsobuje podráždenie očí a udusenie u mnohých ľudí.

Pôvod a vývoj atmosféry Zeme

Moderná atmosféra Zeme je výsledkom dlhého evolučného vývoja. Vznikla ako výsledok spoločného pôsobenia geologických faktorov a životne dôležitej aktivity organizmov. Počas svojej geologickej histórie prešla zemská atmosféra niekoľkými hlbokými rekonštrukciami. Na základe geologických údajov a teoretických predpokladov (nedotknutá atmosféra mladej Zeme, ktorá existovala asi pred 4 miliardami rokov, by mohla pozostávať zo zmesi inertných a ušľachtilých plynov s malým prídavkom pasívneho dusíka (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987, O. G. Sorokhtin, S.A. Ushakov, 1991, 1993. V súčasnosti sa trochu zmenil pohľad na zloženie a štruktúru rannej atmosféry, pričom primárna atmosféra (protoatmosféra) v najskoršom štádiu protoplanetárie. 4,2 miliardy rokov, by sa mohla skladať zo zmesi metánu, amoniaku a uhlíka V dôsledku odplynenia plášťa a aktívnych procesov zvetrávania na povrchu Zeme, vodnej pary, zlúčenín uhlíka vo forme CO 2 a CO, síry a jej zlúčenín, ako aj silných halogénových kyselín - HCI, HF, HI a kyseliny boritej ktoré boli doplnené metánom, amoniakom, vodíkom, argónom a niektorými ďalšími ušľachtilými plynmi v atmosfére. Preto teplota na povrchu Zeme bola blízka teplote radiačnej rovnováhy (A. S. Monin, 1977).

Postupom času sa plynové zloženie primárnej atmosféry pod vplyvom zvetrávania hornín na povrchu Zeme, aktivity cyanobaktérií a modrozelených rias, sopečných procesov a pôsobenia slnečného žiarenia začali meniť. To viedlo k rozkladu metánu na vodík a oxid uhličitý, amoniak - na dusík a vodík; oxid uhličitý, ktorý pomaly klesal na zemský povrch, a dusík sa začal hromadiť v sekundárnej atmosfére. Vďaka životne dôležitej aktivite modrozelených rias sa počas fotosyntézy vytvoril kyslík, ktorý sa však na začiatku venoval hlavne „oxidácii atmosférických plynov a potom horninám. V tomto prípade sa amoniak, oxidovaný na molekulárny dusík, začal intenzívne akumulovať v atmosfére. Predpokladá sa, že významné množstvo dusíka v modernej atmosfére je reliktné. Metán a oxid uhoľnatý sa oxidovali na oxid uhličitý. Síra a sírovodík boli oxidované na SO2 a SO3, ktoré vďaka svojej vysokej mobilite a ľahkosti rýchlo unikli z atmosféry. Atmosféra z redukcie, ako to bolo v Archanje a Early Proterozoic, sa postupne zmenila na oxidačné.

Oxid uhličitý vstúpil do atmosféry v dôsledku oxidácie metánu a v dôsledku odplynenia plášťa a zvetrávania hornín. V prípade, že všetok oxid uhličitý uvoľnený v celej histórii Zeme sa zachoval v atmosfére, jeho parciálny tlak by sa teraz mohol zmeniť na Venuši (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Ale na Zemi bol opačný proces. Významná časť oxidu uhličitého z atmosféry bola rozpustená v hydrosfére, v ktorej bola využívaná hydrobiontmi na výstavbu jej škrupiny a biogenicky premenená na uhličitany. Neskôr sa vytvorili najsilnejšie vrstvy chemogénnych a organogénnych uhličitanov.

Kyslík vstúpil do atmosféry z troch zdrojov. Dlhé obdobie, počnúc momentom vzhľadu Zeme, bolo uvoľnené počas odplynenia plášťa a bolo hlavne vynaložené na oxidačné procesy, ďalším zdrojom kyslíka bola fotodisociácia vodnej pary tvrdým ultrafialovým slnečným žiarením. vystúpenie; voľný kyslík v atmosfére viedol k smrti väčšiny prokaryotov, ktorí žili v redukujúcich podmienkach. Prokaryotické organizmy zmenili svoj biotop. Ponechali povrch Zeme do hĺbok a oblastí, kde ešte zostali podmienky na obnovu. Boli nahradené eukaryotami, ktoré začali energeticky premieňať oxid uhličitý na kyslík.

Počas Archaean a významná časť Proterozoic, takmer všetok kyslík, ktorý vzniká ako: abiogenic a biogénne, bol hlavne strávený na oxidáciu železa a síry. Do konca Proterozoic, všetky kovové železné železo, ktoré bolo na zemskom povrchu, buď oxidované alebo presunul do zemského jadra. To viedlo k tomu, že sa zmenil parciálny tlak kyslíka v ranom proterozoickom prostredí.

V strede proterozoika koncentrácia kyslíka v atmosfére dosiahla bod Yuri a bola 0,01% súčasnej úrovne. Od tejto chvíle sa kyslík začal hromadiť v atmosfére a pravdepodobne na konci Riphean dosiahol jeho obsah Pasteurov bod (0,1% súčasnej úrovne). Pravdepodobne vo Vendianskom období vznikla ozónová vrstva, ktorá v tomto období nikdy nezmizla.

Vzhľad voľného kyslíka v zemskej atmosfére stimuloval vývoj života a viedol k vzniku nových foriem s pokročilejším metabolizmom. Ak skoršie eukaryotické jednobunkové riasy a cyány, ktoré sa objavili na začiatku proterozoika, vyžadovali iba 10-3 koncentrácie kyslíka vo vode, potom sa objavením kostrového metazoa na konci skorého Vendiana, t. J. Pred 650 miliónmi rokov, koncentrácia kyslíka v atmosfére by museli byť oveľa vyššie. Koniec koncov, Metazoa používal kyslíkové dýchanie a na to bolo potrebné, aby parciálny tlak kyslíka dosiahol kritickú úroveň - Pasteurov bod. V tomto prípade bol anaeróbny fermentačný proces nahradený energeticky sľubnejším a progresívnejším metabolizmom kyslíka.

Potom došlo k ďalšiemu hromadeniu kyslíka v zemskej atmosfére pomerne rýchlo. Postupné zvyšovanie objemu modrozelených rias prispelo k dosiahnutiu úrovne kyslíka potrebnej na podporu života zvierat vo svete. Určitá stabilizácia obsahu kyslíka v atmosfére nastala od okamihu, keď rastliny dorazili do krajiny, asi pred 450 miliónmi rokov. Vznik rastlín na pevnine, ku ktorým došlo v období silúrov, viedol k konečnej stabilizácii hladiny kyslíka v atmosfére. Od tejto chvíle sa jeho koncentrácia začala pohybovať v rámci úzkych hraníc a nikdy neprekračovala rámec existencie života. Úplná koncentrácia kyslíka v atmosfére sa stabilizovala od vzhľadu kvitnúcich rastlín. Táto udalosť sa vyskytla uprostred kriedy, t.j. asi pred 100 miliónmi rokov.

Objem dusíka vznikol počiatočných štádiách   rozvoja Zeme, hlavne v dôsledku rozkladu amoniaku. S príchodom organizmov sa začal proces viazania atmosférického dusíka do organickej hmoty a jeho pohrebu v morských sedimentoch. Po uvoľnení organizmov na pevnine sa dusík dostal do kontinentálnych sedimentov. Spracovanie voľného dusíka sa zvýšilo najmä s príchodom pozemných rastlín.

Na prelome cryptozoic a Phanerozoic, to znamená asi pred 650 miliónmi rokov, obsah oxidu uhličitého v atmosfére klesol na desatiny percenta, a obsah blízky súčasnej úrovni, dosiahol len nedávno, približne 10-20 miliónov rokov pred.

Takže zloženie plynu v atmosfére nielenže poskytovalo organizmom živý priestor, ale určovalo aj zvláštnosti ich životne dôležitej činnosti, podporovalo presídľovanie a evolúciu. Výsledné narušenia distribúcie atmosférického plynného zloženia, ktoré je priaznivé pre organizmy, v dôsledku kozmických aj planetárnych dôvodov, viedli k masovému vyhynutiu organického sveta, ku ktorému došlo opakovane počas kryptosy a na určitých hraniciach phanerozoickej histórie.

Etnoférické funkcie atmosféry

Atmosféra Zeme poskytuje potrebnú látku, energiu a určuje smer a rýchlosť metabolických procesov. Zloženie plynu modernej atmosféry je optimálne pre existenciu a rozvoj života. V oblasti počasia a podnebia by atmosféra mala vytvoriť príjemné prostredie pre ľudí, zvieratá a vegetáciu. Odchýlky v jednom alebo druhom smere, ako je atmosférický vzduch a poveternostné podmienky, vytvárajú extrémne podmienky pre životnú činnosť sveta zvierat a rastlín, vrátane ľudí.

Atmosféra Zeme nielenže poskytuje podmienky pre existenciu ľudstva, ale je aj hlavným faktorom vývoja etnospéry. Zároveň sa ukazuje, že je to energetický a surovinový zdroj pre výrobu. Vo všeobecnosti je atmosféra faktorom, ktorý chráni ľudské zdravie, a niektoré oblasti, vzhľadom na ich fyzikálno-geografické podmienky a kvalitu ovzdušia, slúžia ako rekreačné oblasti a sú oblasťami určenými na liečbu a rekreáciu ľudí v sanatóriu. Atmosféra je teda faktorom estetického a emocionálneho vplyvu.

Etnospheric a technospheric funkcie atmosféry, ktoré boli definované nedávno (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), potrebujú nezávislý a hĺbkový výskum. Štúdium energetických atmosférických funkcií je teda veľmi aktuálne, a to tak z hľadiska výskytu, ako aj fungovania procesov škodlivých pre životné prostredie, ako aj z hľadiska vplyvu na ľudské zdravie a pohodu. V tomto prípade hovoríme o energii cyklónov a anticyklonov, atmosférických víroch, atmosférickom tlaku a ďalších extrémnych atmosférických javoch, ktorých efektívne využitie prispeje k úspešnému riešeniu problému získavania alternatívnych zdrojov energie, ktoré neznečisťujú životné prostredie. Vzduchové prostredie, najmä jeho časť, ktorá sa nachádza nad svetovým oceánom, je oblasťou uvoľňovania veľkého množstva voľnej energie.

Napríklad sa zistilo, že tropické cyklóny s priemernou silou produkujú len energiu za deň, čo zodpovedá 500 tisíc atómovým bombám na Hirošime a Nagasaki. 10 dní existencie takéhoto cyklónu sa uvoľňuje energia, ktorá je dostatočná na to, aby uspokojila všetky energetické potreby krajiny ako Spojené štáty 600 rokov.

V posledných rokoch bolo publikované veľké množstvo prác vedcov v prírodných vedách, a to tak či onak, týkajúcich sa rôznych aspektov činnosti a vplyvu atmosféry na pozemské procesy, čo naznačuje zintenzívnenie interdisciplinárnych interakcií v moderných prírodných vedách. Zároveň sa prejavuje integračná úloha niektorých z jej oblastí, medzi ktorými by sa mal zaznamenať funkčno-ekologický smer v geoekonológii.

Toto smerovanie stimuluje analýzu a teoretickú syntézu informácií o environmentálnych funkciách a planetárnej úlohe rôznych geosfér, čo je zase dôležitým predpokladom pre rozvoj metodológie a vedeckých základov holistickej štúdie našej planéty, racionálneho využívania a ochrany jej prírodných zdrojov.

Atmosféra Zeme pozostáva z niekoľkých vrstiev: troposféry, stratosféry, mezosféry, termosféry, ionosféry a exosféry. V hornej časti troposféry a spodnej časti stratosféry je vrstva obohatená ozónom, nazývaná ozónová clona. Stanovené určité (denné, sezónne, ročné atď.) Modely distribúcie ozónu. Od svojho vzniku ovplyvňuje atmosféra priebeh planetárnych procesov. Primárne zloženie atmosféry bolo úplne iné ako v súčasnosti, ale časom sa podiel a úloha molekulárneho dusíka postupne zvyšovala, pred približne 650 miliónmi rokov sa objavil voľný kyslík, ktorého množstvo sa nepretržite zvyšovalo, ale koncentrácia oxidu uhličitého sa primerane znížila. Vysoká mobilita atmosféry, jej zloženie plynu a prítomnosť aerosólov určujú jeho významnú úlohu a aktívnu účasť v rôznych geologických a biosférických procesoch. Úloha atmosféry je veľká v prerozdeľovaní slnečnej energie a rozvoji katastrofických prírodných javov a katastrof. Atmosférické víry - tornáda, hurikány, tajfúny, cyklóny a iné javy majú negatívny vplyv na ekologický svet a prírodné systémy. Hlavnými zdrojmi znečistenia spolu s prírodnými faktormi sú rôzne formy ľudskej hospodárskej činnosti. Antropogénne účinky na ovzdušie sa prejavujú nielen vo výskyte rôznych aerosólov a skleníkových plynov, ale aj v náraste množstva vodných pár a prejavujú sa vo forme smogu a kyslého dažďa. Skleníkové plyny menia teplotný režim zemského povrchu, emisie niektorých plynov znižujú objem ozónového sita a prispievajú k vzniku ozónových dier. Etnoférická úloha atmosféry Zeme je skvelá.

Úloha atmosféry v prírodných procesoch

Povrchová atmosféra vďaka svojmu prostrednému stavu medzi litosférou a vonkajším priestorom a zložením plynu vytvára podmienky pre životne dôležitú aktivitu organizmov. Zároveň poveternostné vplyvy a intenzita deštrukcie hornín, transport a akumulácia detritu závisí od množstva, povahy a frekvencie zrážok, od frekvencií a sily vetra a najmä od teploty vzduchu. Atmosféra je ústrednou zložkou klimatického systému. Teplota a vlhkosť vzduchu, oblakov a zrážok, vietor - to všetko charakterizuje počasie, to znamená neustále sa meniaci stav atmosféry. Tieto isté zložky zároveň charakterizujú klímu, t. J. Priemerný dlhodobý režim počasia.

Zloženie plynov, prítomnosť mrakov a rôznych nečistôt, ktoré sa nazývajú aerosólové častice (popol, prach, častice vodných pár), určujú zvláštnosti prechodu slnečného žiarenia atmosférou a bránia odchodu tepelného žiarenia Zeme do vesmíru.

Atmosféra Zeme je veľmi mobilná. Procesy a zmeny v zložení plynu, hrúbke, oblakoch, priehľadnosti a prítomnosti určitých aerosólových častíc v ňom ovplyvňujú počasie aj klímu.

Činnosť a smerovanie prírodných procesov, ako aj život a aktivita na Zemi sú určené slnečným žiarením. Poskytuje 99,98% tepla vstupujúceho na zemský povrch. Ročne je to 134 * 1019 kcal. Toto množstvo tepla je možné získať spálením 200 miliárd ton uhlia. Prívod vodíka, ktorý vytvára tento tok termonukleárnej energie v hmote Slnka, je dostatočne dlhý aspoň ďalších 10 miliárd rokov, t. J. Na obdobie dvakrát väčšie, ako naša planéta existuje.

Približne 1/3 celkového množstva slnečnej energie vstupujúcej do hornej hranice atmosféry sa odráža späť do svetového priestoru, 13% je absorbovaných ozónovou vrstvou (vrátane takmer všetkého ultrafialového žiarenia). 7% - zvyšok atmosféry a iba 44% dosahuje zemský povrch. Celkové slnečné žiarenie dosahujúce Zem za 24 hodín sa rovná energii, ktorú ľudstvo získalo v dôsledku horenia všetkých druhov palív počas posledného tisícročia.

Počet a povaha rozloženia slnečného žiarenia na zemský povrch sú úzko závislé od oblačnosti a priehľadnosti atmosféry. Výška slnečného žiarenia nad horizontom, priehľadnosť atmosféry, obsah vodných pár, prachu, celkového oxidu uhličitého atď. Ovplyvňujú množstvo difúzneho žiarenia.

Maximálne množstvo difúzneho žiarenia spadá do polárnych oblastí. Čím nižšie slnko nad horizontom, tým menej tepla prichádza do tejto oblasti.

Veľmi dôležitá je transparentnosť atmosféry a oblačnosti. Počas zatiahnutého letného dňa je zvyčajne chladnejší ako za jasného dňa, pretože denné oblaky bránia tomu, aby sa zemský povrch ohrieval.

Veľkú úlohu v distribúcii tepla zohráva prašnosť atmosféry. Jemné prachy a častice popola v ňom, ktoré ovplyvňujú jeho priehľadnosť, nepriaznivo ovplyvňujú distribúciu slnečného žiarenia, z ktorých väčšina sa odráža. Jemné častice vstupujú do atmosféry dvoma spôsobmi: to je buď popol vyžarovaný počas sopečných erupcií, alebo púštny prach nesený vetrom zo suchých tropických a subtropických oblastí. Zvlášť veľa takéhoto prachu sa tvorí v období sucha, keď je nesený prúdmi teplého vzduchu do horných vrstiev atmosféry a je tam schopný zostať po dlhú dobu. Po erupcii sopky Krakatau v roku 1883 bol prach vyžarovaný desiatky kilometrov do atmosféry asi 3 roky v stratosfére. V dôsledku erupcie sopky El Chichon (Mexiko) v roku 1985 sa prach dostal do Európy, a preto došlo k miernemu poklesu povrchových teplôt.

Zemská atmosféra obsahuje premenlivé množstvo vodných pár. V absolútnom vyjadrení podľa hmotnosti alebo objemu je jeho množstvo od 2 do 5%.

Vodné pary, podobne ako oxid uhličitý, zvyšujú skleníkový efekt. V oblakoch a hmle vyskytujúcich sa v atmosfére sa odohrávajú zvláštne fyzikálno-chemické procesy.

Primárnym zdrojom vodných pár do atmosféry je povrch oceánov. Vrstva vody s hrúbkou 95 až 110 cm sa z nej každoročne vyparuje a po kondenzácii sa časť vlhkosti vracia do oceánu a druhá je smerovaná prúdom vzduchu smerom k kontinentom. V oblastiach s premenlivým vlhkým podnebím zrážky zvlhčujú pôdu a vo vlhkých oblastiach vytvárajú zásoby podzemnej vody. Atmosféra je teda akumulátorom vlhkosti a rezervoárom sedimentu. a hmly, ktoré sa vytvárajú v atmosfére, poskytujú vlhkosť pre pôdny pokryv a tým hrajú rozhodujúcu úlohu vo vývoji sveta zvierat a rastlín.

Atmosférická vlhkosť je rozložená na zemský povrch v dôsledku mobility atmosféry. Má veľmi zložitý systém vetrania a distribúcie tlaku. Vzhľadom na to, že atmosféra je v nepretržitom pohybe, charakter a rozsah distribúcie prúdov a tlakov vetra sa neustále mení. Obehové váhy sa líšia od mikrometeorologických, len niekoľko sto metrov veľkých, až po globálne - v niekoľkých desiatkach tisíc kilometrov. Obrovské atmosférické víry sa podieľajú na vytváraní systémov veľkých vzdušných prúdov a určujú všeobecný obeh atmosféry. Okrem toho sú zdrojom katastrofických atmosférických javov.

Rozloženie poveternostných a klimatických podmienok a fungovanie živej hmoty závisí od atmosférického tlaku. V takomto prípade, ak atmosférický tlak kolíše v malom rozsahu, nehrá rozhodujúcu úlohu v blahu človeka a správaní zvierat a neovplyvňuje fyziologické funkcie rastlín. Frontálne javy a zmeny počasia sú zvyčajne spojené so zmenami tlaku.

Atmosférický tlak má zásadný význam pre tvorbu vetra, ktorý ako faktor reliéfu má najsilnejší vplyv na svet zvierat a rastlín.

Vietor môže potlačiť rast rastlín a zároveň podporuje transport semien. Úloha vetra pri tvorbe poveternostných a klimatických podmienok. Pôsobí aj ako regulátor morských prúdov. Vietor ako jeden z exogénnych faktorov prispieva k erózii a deflácii zvetraného materiálu na dlhé vzdialenosti.

Ekologická a geologická úloha atmosférických procesov

Zníženie priehľadnosti atmosféry v dôsledku výskytu aerosólových častíc a pevného prachu v ňom ovplyvňuje distribúciu slnečného žiarenia, čím sa zvyšuje albedo alebo odrazivosť. Rôzne chemické reakcie, ktoré spôsobujú rozklad ozónu a vytváranie „perleťových“ mrakov pozostávajúcich z vodných pár, vedú k rovnakému výsledku. Globálna zmena   klimatické zmeny, ako aj zmeny v zložení plynu v atmosfére, najmä skleníkové plyny.

Nerovnomerné vykurovanie, ktoré spôsobuje rozdiely v atmosférickom tlaku na rôznych častiach zemského povrchu, vedie k atmosférickej cirkulácii, ktorá je charakteristickým znakom troposféry. Keď nastane rozdiel tlaku, ponorí sa z oblastí s vysokým tlakom do oblastí s nízkym tlakom. Tieto pohyby vzdušných hmôt spolu s vlhkosťou a teplotou určujú hlavné ekologické a geologické charakteristiky atmosférických procesov.

V závislosti od rýchlosti vytvára vietor rôzne geologické práce na zemskom povrchu. Pri rýchlosti 10 m / s čerpá husté vetvy stromov, zachytáva a prenáša prach a jemný piesok; pri rýchlosti 20 m / s rozbije vetvy stromov, nesie piesok a štrk; pri rýchlosti 30 m / s (búrka) odtrhne strechy domov, roztrhne stromy svojimi koreňmi, rozbije piliere, posunie kamienky a nesie jemné sutiny a vietor hurikánu pri rýchlosti 40 m / s zničí domy, rozbije a roztrhne póly prenosu energie veľké stromy.

Prudké búrky a tornáda (tornáda) majú veľký negatívny vplyv na životné prostredie s katastrofickými následkami - atmosférické víry, ktoré vznikajú v teplej sezóne na silných atmosférických frontoch, ktoré majú rýchlosť až 100 m / s. Squalls sú horizontálne víry s hurikánom rýchlosti vetra (až 60-80 m / s). Často sú sprevádzané silnými dažďami a búrkami trvajúcimi od niekoľkých minút do pol hodiny. Squalls pokrývajú oblasti do 50 km a pokrývajú vzdialenosť 200-250 km. V Moskve av moskovskom regióne v roku 1998 zažila búrka búrka, ktorá poškodila strechy mnohých domov a hodila stromy.

Tornáda, nazývaná tornáda v Severnej Amerike, sú mocné, nádychové atmosférické víry, často spojené s búrkami. Jedná sa o vzduchové stĺpiky, ktoré sa v strede zužujú s priemerom od niekoľkých desiatok do stoviek metrov. Tornádo má vzhľad lievika, veľmi podobný kufor slona, ​​zostupujúci z oblakov alebo stúpajúci z povrchu zeme. Tornádo má silnú zriedkavosť a vysokú rýchlosť rotácie a pohybuje sa až niekoľko stoviek kilometrov, nasáva prach, vodu z nádrží a rôzne predmety. Silné tornáda sú sprevádzané hromom, dažďom a veľkou deštruktívnou silou.

Tornáda sa zriedka vyskytujú v polárnych alebo rovníkových oblastiach, kde je neustále studená alebo horúca. V otvorenom oceáne je niekoľko tornád. Tornáda sa vyskytujú v Európe, Japonsku, Austrálii, USA a v Rusku sú obzvlášť časté v regióne Strednej Čiernej Zeme, v Moskve, Jaroslavli, Nižnom Novgorode a regiónoch Ivanovo.

Tornáda zdvíhajú a premiestňujú autá, domy, autá, mosty. V USA sú pozorované najmä ničivé tornáda (tornáda). Od 450 do 1500 tornád je každoročne označených, s priemerným počtom 100 obetí. Tornáda sú rýchle katastrofické atmosférické procesy. Sú tvorené len za 20-30 minút a ich existencia je 30 minút. Preto predpovedať čas a miesto výskytu tornád je takmer nemožné.

Iné deštruktívne, ale atmosférické víry, ktoré fungujú dlhú dobu, sú cyklóny. Sú tvorené tlakovým poklesom, ktorý za určitých podmienok prispieva k vzniku kruhového pohybu prúdenia vzduchu. Atmosférické víry vznikajú okolo silných stúpajúcich prúdov vlhkého teplého vzduchu a otáčajú sa v smere hodinových ručičiek vysokou rýchlosťou na južnej pologuli a proti smeru hodinových ručičiek na severe. Cyklóny, na rozdiel od tornád, pochádzajú z oceánov a produkujú svoje deštruktívne akcie na kontinentoch. Hlavnými deštruktívnymi faktormi sú silné vetry, intenzívne zrážky vo forme sneženia, silné dažde, krupobitie a záplavy. Vietor s rýchlosťou 19-30 m / s tvorí búrku, 30-35 m / s, aby sa búrka, a viac ako 35 m / s robiť hurikán.

Tropické cyklóny - hurikány a tajfúny - majú priemernú šírku niekoľko sto kilometrov. Rýchlosť vetra v cyklóne dosahuje silu hurikánu. Tropické cyklóny trvajú niekoľko dní až niekoľko týždňov, pohybujú sa rýchlosťou 50 až 200 km / h. Cyklóny so strednou šírkou majú väčší priemer. Ich priečne rozmery sa pohybujú od jedného tisíc do niekoľkých tisíc kilometrov, rýchlosť vetra je búrlivá. Pohybujú sa na severnej pologuli zo západu a sú sprevádzané krupobitím a snežením, ktoré je katastrofické. Z hľadiska počtu obetí a spôsobených škôd sú cyklóny a súvisiace hurikány a tajfúny najväčšími atmosférickými javmi po povodniach. V husto obývaných oblastiach Ázie sa počet obetí počas hurikánov meria v tisícoch. V roku 1991 zomrelo v Bangladéši počas hurikánu, ktorý spôsobil vznik 6 metrov vysokých morských vĺn, 125 tisíc ľudí. Veľké škody spôsobené tajfúny v Spojených štátoch. Zároveň zomierajú desiatky a stovky ľudí. V západnej Európe hurikány spôsobujú menšie škody.

Búrky sú považované za katastrofický atmosférický jav. Vyskytujú sa pri veľmi rýchlom zdvíhaní teplého vlhkého vzduchu. Na hranici tropických a subtropických zón sa vyskytujú búrky 90-100 dní v roku v miernom pásme 10-30 dní. V našej krajine sa najviac búrky vyskytujú na severnom Kaukaze.

Búrky zvyčajne trvajú menej ako hodinu. Osobitným nebezpečenstvom sú intenzívne lejaky, krupobitie, úder blesku, poryvy vetra, zvislé vzdušné prúdy. Nebezpečenstvo krupobitia závisí od veľkosti krupobitia. Na severnom Kaukaze hmotnosť krupobitia raz dosiahla 0,5 kg, zatiaľ čo v Indii boli zaznamenané krupobitie s hmotnosťou 7 kg. Najnebezpečnejšie oblasti v našej krajine sa nachádzajú na severnom Kaukaze. V júli 1992 krupobitie poškodilo 18 lietadiel na letisku Mineralnye Vody.

Medzi nebezpečné atmosférické podmienky patrí blesk. Zabíjajú ľudí, hospodárske zvieratá, spôsobujú požiare, poškodzujú rozvodnú sieť. Každý rok na svete zomrie približne 10 000 ľudí na búrky a ich následky. Okrem toho v niektorých regiónoch Afriky, Francúzska a USA je počet obetí z blesku väčší ako z iných prírodných javov. Ročná ekonomická škoda z búrky v Spojených štátoch je najmenej 700 miliónov dolárov.

Suchá sú charakteristické pre púštne, stepné a leso-stepné regióny. Nedostatok zrážok spôsobuje vysušenie pôdy, zníženie hladiny podzemnej vody a vodných útvarov, až kým nie sú úplne suché. Nedostatok vlhkosti vedie k smrti vegetácie a plodín. Suchá sú obzvlášť závažné v Afrike, na Blízkom východe, v Strednej Ázii av južnej Severnej Amerike.

Suchá menia ľudský stav, majú nepriaznivý vplyv na prírodné prostredie prostredníctvom procesov, ako je salinizácia pôdy, suché vetry, prachové búrky, erózia pôdy a lesné požiare. Najmä silné požiare sa vyskytujú počas období sucha v oblastiach tajgy, tropických a subtropických lesov a savaní.

Suchá sú krátkodobé procesy, ktoré trvajú jednu sezónu. V prípade, že suchá trvajú viac ako dve sezóny, hrozí hladomor a masová úmrtnosť. Zvyčajne sa účinok sucha šíri na územie jednej alebo viacerých krajín. V regióne Sahel v Afrike sa vyskytujú obzvlášť dlhotrvajúce suchá s tragickými následkami.

Atmosférické javy ako sneženie, krátke dažďové prehánky a dlhotrvajúce dlhé dažde prinášajú veľké škody. Snehové zrážky spôsobujú masívne lavínové preplávanie v horách a rýchle topenie snehu a silné dažďové prehánky vedú k záplavám. Obrovské množstvo vody dopadajúcej na zemský povrch, najmä v bezlesých oblastiach, spôsobuje vážne erózie pôdneho krytu. Intenzívny rast vtokových systémov. Záplavy vznikajú v dôsledku veľkých povodní v období silných zrážok alebo vysokej vody po náhlom otepľovaní alebo jarnom rozmrazovaní snehu, a preto sú pôvodne spojené s atmosférickými javmi (sú diskutované v kapitole o ekologickej úlohe hydrosféry).

Antropogénne zmeny atmosféry

V súčasnosti existuje mnoho rôznych antropogénnych zdrojov, ktoré spôsobujú znečistenie ovzdušia a vedú k vážnym ekologickým nerovnováham. Miera najväčšieho vplyvu na atmosféru má dva zdroje: dopravu a priemysel. Podiel dopravy v priemere predstavuje približne 60% z celkového množstva znečistenia ovzdušia, priemysel - 15, tepelná energia - 15, technológie na likvidáciu domového a priemyselného odpadu - 10%.

V závislosti od použitého paliva a typov oxidačných činidiel sa uvoľňuje do ovzdušia oxidy dusíka, síry, oxidov a oxidu uhličitého, olova a jeho zlúčenín, sadze, benzopyrénu (látka zo skupiny polycyklických aromatických uhľovodíkov, ktorá je silným karcinogénom spôsobujúcim rakovinu kože).

Priemysel produkuje oxid siričitý, oxidy uhlíka a oxid uhličitý, uhľovodíky, amoniak, sírovodík, kyselinu sírovú, fenol, chlór, fluór a ďalšie zlúčeniny a chemické prvky. Dominantné postavenie medzi emisiami (až 85%) však predstavuje prach.

V dôsledku znečistenia sa mení transparentnosť atmosféry, v ňom sa vyskytujú aerosóly, smog a kyslý dážď.

Aerosóly sú dispergované systémy pozostávajúce z pevných častíc alebo kvapôčok kvapaliny suspendovaných v plynnom médiu. Veľkosť častíc dispergovanej fázy je zvyčajne 10-3 -10 -7 cm V závislosti od zloženia dispergovanej fázy sa aerosóly rozdelia do dvoch skupín. Jedným z nich sú aerosóly pozostávajúce z pevných častíc dispergovaných v plynnom médiu, druhé sú aerosóly, ktoré sú zmesou plynných a kvapalných fáz. Prvá sa nazýva dym a druhá hmla. V procese ich tvorby hrajú dôležitú úlohu kondenzačné centrá. Sopečný popol, kozmický prach, produkty priemyselných emisií, rôzne baktérie atď. Pôsobia ako kondenzačné jadrá, počet možných zdrojov koncentračných jadier neustále rastie. Napríklad, keď je suchá tráva zničená požiarom na ploche 4000 m2, vytvorí sa priemerne 11,10 22 jadier aerosólu.

Aerosóly sa začali formovať od momentu vzniku našej planéty a ovplyvňovali prírodné podmienky. Ich počet a činy, ktoré sú vyvážené všeobecným obehom látok v prírode, však nespôsobili výrazné environmentálne zmeny. Antropogénne faktory ich vzniku posunuli túto rovnováhu smerom k významným biosférickým preťaženiam. Táto vlastnosť je obzvlášť výrazná, pretože ľudstvo začalo používať špeciálne vytvorené aerosóly ako vo forme toxických látok, tak aj na ochranu rastlín.

Najnebezpečnejšie pre vegetáciu sú aerosóly oxidu siričitého, fluorovodíka a dusíka. Pri kontakte s mokrým povrchom fólie vytvárajú kyseliny, ktoré majú škodlivý vplyv na živé tkanivo. Kyslé hmly sa spolu s vdychovaným vzduchom dostávajú do dýchacích orgánov zvierat a ľudí, agresívne pôsobia na sliznice. Niektoré z nich rozkladajú živé tkanivo a rádioaktívne aerosóly spôsobujú rakovinu. Spomedzi rádioaktívnych izotopov predstavuje S 90 osobitné nebezpečenstvo nielen pre jeho karcinogenitu, ale aj ako analóg vápnika, ktorý ho nahrádza v kostiach organizmov a spôsobuje ich rozklad.

Počas jadrových výbuchov sa v atmosfére vytvárajú rádioaktívne aerosólové mraky. Malé častice s polomerom 1 - 10 mikrónov padajú nielen do horných vrstiev troposféry, ale aj do stratosféry, v ktorej sú schopné dlhodobo existovať. Aerosólové oblaky vznikajú aj počas prevádzky reaktorov priemyselných zariadení vyrábajúcich jadrové palivo, ako aj v dôsledku havárií v jadrových elektrárňach.

Smog je zmes aerosólov s kvapalnými a pevnými disperznými fázami, ktoré tvoria hmlistý záves nad priemyselnými oblasťami a veľkými mestami.

Existujú tri typy smogu: ľadový, mokrý a suchý. Ľadový smog sa nazýva aljašský. Ide o kombináciu plynných znečisťujúcich látok s prídavkom prachových častíc a ľadových kryštálov, ktoré sa vyskytujú, keď kvapky systémov hmly a parného vykurovania zamrznú.

Mokrý smog alebo smog v Londýne sa niekedy nazýva zima. Je to zmes plynných znečisťujúcich látok (hlavne anhydritu sírovitého), prachových častíc a kvapôčok hmly. Meteorologickým predpokladom vzniku zimného smogu je bezvetria, v ktorom sa nad povrchovou vrstvou studeného vzduchu (pod 700 m) nachádza vrstva teplého vzduchu. V tomto prípade nie je len horizontálna, ale aj vertikálna výmena. Kontaminanty, zvyčajne rozptýlené vo vysokých vrstvách, sa v tomto prípade akumulujú v povrchovej vrstve.

Suchý smog sa vyskytuje v lete a často sa nazýva smog typu Los Angeles. Je to zmes ozónu, oxidu uhoľnatého, oxidov dusíka a kyslých pár. Tento smog vzniká ako výsledok rozkladu znečisťujúcich látok slnečným žiarením, najmä jeho ultrafialovou časťou. Meteorologickým predpokladom je atmosférická inverzia, ktorá sa prejavuje vo vzhľade vrstvy studeného vzduchu v teple. Zvyčajne sa potom plyny a tuhé častice, ktoré vznikajú prúdením teplého vzduchu, rozptýlia v horných chladných vrstvách, ale v tomto prípade sa hromadia v inverznej vrstve. V procese fotolýzy sa oxidy dusíka vznikajúce pri spaľovaní paliva v motoroch vozidiel rozkladajú:

NO2 → NO + O

Potom dochádza k syntéze ozónu:

O + 02 + M → 03 + M

NO + O → N02

Fotodisociačné procesy sú sprevádzané žltozeleným svetlom.

Okrem toho sa reakcie vyskytujú nasledovne: S03 + H20-\u003e H2S04, t.j. vzniká silná kyselina sírová.

So zmenou meteorologických podmienok (výskyt vetra alebo zmena vlhkosti) sa studený vzduch rozptýli a smog zmizne.

Prítomnosť karcinogénnych látok v smogu vedie k respiračnému zlyhaniu, podráždeniu slizníc, obehovým poruchám, astmatickému uduseniu a často aj smrti. Môže byť obzvlášť nebezpečné pre malé deti.

Kyslý dážď sa zráža okyslením priemyselnými emisiami oxidov síry, výparov dusíka a kyseliny chlorisovej a v nich sa rozpúšťa chlór. V procese spaľovania uhlia, ropy a plynu je väčšina síry v ňom, a to ako vo forme oxidu, tak aj v zlúčeninách so železom, najmä v pyrite, pyrhotite, chalkopyrite atď., Premenená na oxid síry, ktorý je spolu s oxidom uhličitým uvoľňovaný. do atmosféry. Keď sa atmosférický dusík a technické emisie kombinujú s kyslíkom, tvoria sa rôzne oxidy dusíka a objem vytvorených oxidov dusíka závisí od teploty spaľovania. Väčšina oxidov dusíka sa vyskytuje počas prevádzky vozidiel a dieselových lokomotív a menšia časť pripadá na energetické a priemyselné podniky. Oxidy síry a dusíka sú hlavnými činidlami tvoriacimi kyseliny. Pri reakcii s atmosférickým kyslíkom a vodnou parou v ňom vznikajú kyseliny sírové a dusičné.

Je známe, že rovnováha alkalických kyselín v médiu je určená hodnotou pH. Neutrálne médium má hodnotu pH rovnú 7, kyslé - 0 a zásadité - 14 (obr. 6.7). V modernej dobe je pH dažďovej vody 5,6, hoci v nedávnej minulosti to bolo neutrálne. Zníženie hodnoty pH o jeden zodpovedá desaťnásobnému zvýšeniu kyslosti, a preto sa v súčasnosti vyskytujú takmer všetky dažde s vysokou kyslosťou. Maximálna kyslosť dažďa zaznamenaná v západnej Európe bola 4–3,5 pH. Treba poznamenať, že hodnota pH 4-4,5 je smrteľná pre väčšinu rýb.

Kyslý dážď má agresívny vplyv na vegetačný kryt Zeme, na priemyselné a obytné budovy a prispieva k výraznému zrýchleniu zvetrávania exponovaných hornín. Zvýšenie kyslosti zabraňuje samoregulácii neutralizácie pôd, v ktorých sa živiny rozpúšťajú. To vedie k prudkému poklesu výnosu a spôsobuje degradáciu vegetačného krytu. Kyslosť pôdy prispieva k uvoľňovaniu ťažkých kovov vo viazanom stave, ktoré sú postupne absorbované rastlinami, čo spôsobuje vážne poškodenie tkaniva a prenikanie do ľudských potravinových reťazcov.

Zmeny potenciálu alkalických kyselín morských vôd, najmä v plytkých vodách, vedú k zastaveniu reprodukcie mnohých bezstavovcov, spôsobujú smrť rýb a narušujú ekologickú rovnováhu v oceánoch.

V dôsledku kyslého dažďa sú lesy západnej Európy, pobaltské štáty, Karélia, Ural, Sibír a Kanada ohrozené smrťou.

Zemská atmosféra

atmosféra   (Od. starovekej gréckej.   ἀτμός - para a σφαῖρα - lopta) - plynový   škrupina ( geosféra) okolo planéty krajiny, Jeho vnútorný povrch pokrýva hydrosféra   a čiastočne kôra, vonkajšie hranice na blízko zemskej časti vesmíru.

Súbor častí fyziky a chémie, študujúcich atmosféru, sa nazýva fyzika atmosféry, Určuje atmosféru počasie   na povrchu zeme študovať počasie meteorológiaa dlhé variácie podnebie - klimatológia.

Štruktúra atmosféry

Štruktúra atmosféry

troposféra

Jeho horná hranica je v nadmorskej výške 8-10 km v polárnych, 10-12 km v miernych a 16-18 km v tropických zemepisných šírkach; V zime, nižšie ako v lete. Čím nižšia, hlavná vrstva atmosféry. Obsahuje viac ako 80% celkovej hmotnosti atmosférického vzduchu a približne 90% všetkých vodných pár v atmosfére. Troposféra je vysoko rozvinutá. turbulencie   a prúdenie, vznikajú mrakyrozvíjajú cyklóny   a tlakovej výše, Teplota sa s rastúcou výškou znižuje s priemernou vertikálnou stúpanie   0,65 ° / 100 m

Na povrchu Zeme sa berú tieto „normálne podmienky“: hustota 1,2 kg / m3, barometrický tlak 101,35 kPa, teplota plus 20 ° C a relatívna vlhkosť 50%. Tieto konvenčné ukazovatele majú čisto technickú hodnotu.

stratosféra

Vrstva atmosféry, ktorá sa nachádza v nadmorskej výške 11 až 50 km. Charakteristická je mierna zmena teploty vo vrstve 11-25 km (spodná vrstva stratosféry) a jej nárast vo vrstve 25-40 km z −56,5 na 0,8 ° C   (horná stratosféra alebo región inverzie). Dosiahnutie v nadmorskej výške asi 40 km, hodnota asi 273 K (takmer 0 ° C), teplota zostáva konštantná do nadmorskej výšky asi 55 km. Táto oblasť s konštantnou teplotou sa nazýva stratopauza   a je hranicou medzi stratosférou a mezosféra.

stratopauza

Hraničná vrstva atmosféry medzi stratosférou a mezosférou. Vo vertikálnom rozložení teploty nastane maximum (okolo 0 ° C).

mezosféra

Zemská atmosféra

mezosféra   začína v nadmorskej výške 50 km a siaha do 80-90 km. Teplota klesá s výškou s priemerným vertikálnym gradientom (0,25-0,3) ° / 100 m. Hlavným energetickým procesom je prenos sálavého tepla. Komplexné fotochemické procesy zahŕňajúce voľné radikály, vibračne excitované molekuly, atď., spôsobujú, že atmosféra žiari.

mezopauza

Prechodová vrstva medzi mezosférou a termosférou. Vo vertikálnom rozložení teploty je minimum (okolo -90 ° C).

Karmanova línia

Nadmorská výška, ktorá je podmienene akceptovaná ako hranica medzi atmosférou a priestorom Zeme.

Termo guľa

Hlavný článok: Termo guľa

Horná hranica je asi 800 km. Teplota stúpa do nadmorských výšok 200-300 km, kde dosahuje hodnoty rádovo 1500 K, po ktorých zostáva takmer konštantná do vysokých nadmorských výšok. Pri pôsobení ultrafialového a röntgenového slnečného žiarenia a kozmického žiarenia sa vzduch ionizuje (" zornička") - hlavné oblasti. \\ t ionosféra   ležať v termosfére. V nadmorských výškach nad 300 km prevláda atómový kyslík.

Atmosférické vrstvy do výšky 120 km

Exosféra (sféra rozptylu)

exosféra   - rozptylová zóna, vonkajšia časť termosféry, ktorá sa nachádza nad 700 km. Plyn v exosfére je veľmi zriedený, a tým aj únik jeho častíc do medziplanetárneho priestoru ( rozptýlenie).

Atmosféra je až do 100 km homogénna, dobre premiešaná zmes plynov. Vo vyšších vrstvách závisí výškové rozloženie plynov od ich molekulových hmotností, koncentrácia ťažších plynov klesá rýchlejšie so vzdialenosťou od zemského povrchu. V dôsledku poklesu hustoty plynov klesá teplota z 0 ° C v stratosfére na -110 ° C v mezosfére. Kinetická energia jednotlivých častíc v nadmorských výškach 200 až 250 km však zodpovedá teplote ~ 1500 ° C. Nad 200 km sú pozorované výrazné výkyvy teploty a hustoty plynu v čase a priestore.

V nadmorskej výške okolo 2000-3000 km sa exosféra postupne mení na tzv blízko vákuaktorá je naplnená vysoko zriedenými medziplanetárnymi časticami plynu, najmä atómami vodíka. Tento plyn je však len časťou medziplanetárnej hmoty. Druhú časť tvoria prachové častice kometárneho a meteorického pôvodu. Okrem extrémne zriedkavých prachových častíc preniká do tohto priestoru aj elektromagnetické a korpuskulárne žiarenie slnečného a galaktického pôvodu.

Podiel troposféry predstavuje asi 80% hmotnosti atmosféry, podiel stratosféry - asi 20%; hmotnosť mezosféry nie je väčšia ako 0,3%, termosféra je nižšia ako 0,05% celkovej hmotnosti atmosféry. Na základe elektrických vlastností v atmosfére sa vyžaruje neutrosféra a ionosféra. V súčasnosti sa predpokladá, že atmosféra siaha do nadmorskej výšky 2000-3000 km.

V závislosti od zloženia plynu v atmosfére emitujú homosphere   a heterosphere. Hetero guľa   - Toto je oblasť, kde gravitácia ovplyvňuje separáciu plynov, pretože ich miešanie v tejto výške je zanedbateľné. Z toho vyplýva variabilné zloženie heterosféry. Pod ním sa nachádza dobre zmiešané, homogénne zloženie atmosféry, zvané homosphere, Hranica medzi týmito vrstvami sa nazýva turbo pauzaLeží v nadmorskej výške asi 120 km.

Fyzikálne vlastnosti

Hrúbka atmosféry - asi 2000 - 3000 km od zemského povrchu. Celková hmotnosť vzduchu   - (5,1-5,3) × 10 18 kg. Molárna hmotnosť   čistý suchý vzduch je 28,966. tlak   pri teplote 0 ° C na úrovni mora 101,325 kPa; kritická teplota   140,7 ° C; kritický tlak 3,7 MPa; C p   1,0048 × 10 3 J / (kg · K) (pri 0 ° C), C proti   0,7159 × 103 J / (kg · K) (pri 0 ° C). Rozpustnosť vzduchu vo vode pri 0 ° C je 0,036%, pri 25 ° C je 0,22%.

Fyziologické a iné vlastnosti atmosféry

Už v nadmorskej výške 5 km sa objavuje nevyškolená osoba hladovanie kyslíkom a bez prispôsobenia sa výrazne znižuje ľudská výkonnosť. Tu končí fyziologická zóna atmosféry. Dýchanie človeka sa stáva nemožným v nadmorskej výške 15 km, aj keď atmosféra obsahuje až približne 115 km kyslík.

Atmosféra nám poskytuje kyslík na dýchanie. Avšak v dôsledku poklesu celkového tlaku atmosféry, keď stúpa do výšky, sa primerane znižuje parciálny tlak kyslíka.

V ľudských pľúcach neustále obsahuje asi 3 litre alveolárneho vzduchu. Čiastočný tlak   kyslík v alveolárnom vzduchu pri normálnom atmosférickom tlaku je 110 mm Hg. Tlak oxidu uhličitého - 40 mm Hg. A vodná para - 47 mm Hg. Art. S rastúcou výškou klesá tlak kyslíka a celkový tlak vodných pár a oxidu uhličitého v pľúcach zostáva takmer konštantný - približne 87 mm Hg. Art. Prívod kyslíka do pľúc sa úplne zastaví, keď sa tlak okolitého vzduchu rovná tejto hodnote.

V nadmorskej výške okolo 19-20 km sa tlak atmosféry znižuje na 47 mm Hg. Art. Preto v tejto výške začína varenie vody a intersticiálnej tekutiny v ľudskom tele. Mimo tlakovej kabíny v týchto výškach sa smrť vyskytuje takmer okamžite. Z hľadiska ľudskej fyziológie teda „kozmos“ začína už v nadmorskej výške 15-19 km.

Husté vrstvy vzduchu - troposféra a stratosféra - nás chránia pred škodlivými účinkami žiarenia. S dostatočným riedením vzduchu v nadmorských výškach nad 36 km ionizujúcich žiarenie   - primárne kozmické lúče; V nadmorských výškach nad 40 km je ultrafialová časť slnečného spektra nebezpečná pre ľudí.

Keď stúpame do stále väčšej výšky nad zemským povrchom, postupne oslabujú a potom úplne miznú, tak známe fenomény pozorované v nižších vrstvách atmosféry, ako je šírenie zvuku, výskyt aerodynamiky výťah   a odpor, prenos tepla konvekciou   a ďalšie

V zriedkavých vzduchových vrstvách sa šíri znieť   Ukázalo sa, že to nie je možné. Až do nadmorských výšok 60-90 km je možné používať aj riadený aerodynamický let. Ale počnúc výškami 100-130 km, koncepty známe každému pilotovi čísla M   a zvuková bariéra   stratia svoj význam, prechádza podmienený Karmanova línia   za ktorým začína sféra čisto balistického letu, ktorý môže byť riadený len pomocou reaktívnych síl.

V nadmorských výškach nad 100 km nemá atmosféra ďalšiu pozoruhodnú vlastnosť - schopnosť absorbovať, viesť a prenášať tepelnú energiu konvekciou (to znamená zmiešavaním vzduchu). To znamená, že rôzne prvky zariadenia, vybavenie orbitálnej vesmírnej stanice nebude možné chladiť zvonku, ako sa to zvyčajne robí v lietadle, pomocou vzduchových trysiek a vzduchových radiátorov. V tejto nadmorskej výške, ako vo všeobecnosti, je jediný spôsob prenosu tepla tepelné žiarenie.

Atmosférické zloženie

Zloženie suchého vzduchu

Zemská atmosféra pozostáva hlavne z plynov a rôznych nečistôt (prach, kvapky vody, ľadové kryštály, morské soli, produkty spaľovania).

Koncentrácia plynov, ktoré tvoria atmosféru, je takmer konštantná, s výnimkou vody (H20) a oxidu uhličitého (CO 2).

Okrem plynov uvedených v tabuľke obsahuje atmosféra SO2, NH3, CO, ozón, uhľovodíkov, HCl, HF, pár HgI 2 NO   a mnoho ďalších plynov v malých množstvách. V troposfére je vždy veľké množstvo suspendovaných tuhých a kvapalných častíc ( aerosól).

História vzniku atmosféry

Podľa najbežnejšej teórie bola atmosféra Zeme v čase v štyroch rôznych kompozíciách. Pôvodne sa skladala z ľahkých plynov ( vodík   a hélium), zachytené z medziplanetárneho priestoru. Toto je tzv atmosféra(asi pred štyrmi miliardami rokov). V ďalšej fáze viedla aktívna sopečná činnosť k nasýteniu atmosféry inými plynmi okrem vodíka (oxid uhličitý, amoniak, vodná para). Tak tvoril sekundárnej atmosféry(približne tri miliardy rokov až do dnešného dňa). Táto atmosféra bola výplňová. Proces tvorby atmosféry bol ďalej determinovaný nasledujúcimi faktormi:

únik ľahkého plynu (vodík a hélium) v medziplanetárny priestor;

chemické reakcie vyskytujúce sa v atmosfére pod vplyvom ultrafialového žiarenia, bleskových výbojov a niektorých ďalších faktorov.

Tieto faktory postupne viedli k vzniku terciárna atmosféravyznačujú sa oveľa nižším obsahom vodíka a oveľa väčším obsahom dusíka a oxidu uhličitého (vznikajú chemickými reakciami amoniaku a uhľovodíkov).

dusík

Tvorba veľkého množstva N2 je spôsobená oxidáciou amoniak-vodíkovej atmosféry molekulárnym O 2, ktorý začal prichádzať z povrchu planéty v dôsledku fotosyntézy, ktorá začína pred 3 miliardami rokov. N2 sa tiež uvoľňuje do atmosféry v dôsledku denitrifikácie dusičnanov a iných zlúčenín obsahujúcich dusík. Dusík je oxidovaný ozónom na NO v hornej atmosfére.

N2N reaguje len za špecifických podmienok (napríklad pri výboji blesku). Oxidácia molekulárneho dusíka ozónom v elektrických výbojoch sa používa pri priemyselnej výrobe dusíkatých hnojív. Môže byť oxidovaná s nízkou spotrebou energie a premenená na biologicky aktívnu formu. cyanobaktérie (modrozelené riasy)   a uzlové baktérie tvoriace rhizobial symbióza   s strukoviny   rastliny, tzv. green-hnojenie.

kyslík

Zloženie atmosféry sa začalo radikálne meniť s príchodom Zeme. živých organizmovako výsledok fotosyntézakyslíka a absorpcie oxidu uhličitého. Spočiatku sa kyslík spotreboval na oxidáciu redukovaných zlúčenín - amoniaku, uhľovodíkov a kyslej formy. žľazaobsiahnuté v oceánoch, atď. Na konci tejto fázy obsah kyslíka v atmosfére začal rásť. Postupne tvorila modernú atmosféru s oxidačnými vlastnosťami. Pretože to spôsobilo vážne a dramatické zmeny v mnohých procesoch vyskytujúcich sa v SR. \\ T atmosféra, lithosphere   a biosféraTáto udalosť sa volá Kyslíková katastrofa.

počas phanerozoic   Zmenilo sa zloženie atmosféry a obsah kyslíka. Súviseli predovšetkým s rýchlosťou ukladania organických sedimentárnych hornín. V čase akumulácie uhlia teda obsah kyslíka v atmosfére zjavne prekročil súčasnú úroveň.

Oxid uhličitý

Obsah CO 2 v atmosfére závisí od sopečnej činnosti a chemických procesov v obálkach Zeme, ale predovšetkým od intenzity biosyntézy a rozkladu organických látok v ovzduší. biosféra Zo zeme, Prakticky celá súčasná biomasa planéty (asi 2,4 × 10 12 ton ) je tvorený oxidom uhličitým, dusíkom a vodnou parou obsiahnutou v atmosférickom vzduchu. Pochovaný oceánuv močiare   a v lesy   organická hmota sa zmení uhlie, olej   a zemného plynu, (Cm. Geochemický uhlíkový cyklus)

Vzácne plyny

Zdroj inertného plynu - argón, hélium   a kryptón - sopečné erupcie a rozpad rádioaktívnych prvkov. Zem ako celok a najmä atmosféra sú v porovnaní s priestorom vyčerpané inertnými plynmi. Predpokladá sa, že dôvodom je nepretržitý únik plynov do medziplanetárneho priestoru.

Znečistenie ovzdušia

V poslednej dobe sa začal vyvíjať vývoj atmosféry muža, Výsledkom jeho činnosti bolo neustále výrazné zvyšovanie obsahu oxidu uhličitého v atmosfére v dôsledku spaľovania uhľovodíkových palív nahromadených v predchádzajúcich geologických epochách. Veľké množstvá CO 2 sa spotrebujú počas fotosyntézy a absorbujú ich svetové oceány. Tento plyn vstupuje do atmosféry v dôsledku rozkladu uhličitanových hornín a organickej hmoty rastlinného a živočíšneho pôvodu, ako aj v dôsledku vulkanizmu a ľudskej produkcie. Za posledných 100 rokov sa obsah CO 2 v atmosfére zvýšil o 10%, pričom hlavná časť (360 miliárd ton) pochádza zo spaľovania paliva. Ak rýchlosť rastu spaľovania paliva pokračuje, v nasledujúcich 50–60 rokoch sa množstvo CO 2 v atmosfére zdvojnásobí a môže viesť k globálnych klimatických zmien.

Spaľovanie paliva - hlavný zdroj znečisťujúcich plynov ( CO, NO, SO 2 ). Oxid siričitý sa oxiduje kyslíkom na vzduch SO 3   v hornej atmosfére, ktorá zasa interaguje s vodnými parami a amoniakom a výsledným kyselina sírová (H 2 SO 4 )   a síran amónny ((NH 4 ) 2 SO 4 )   návrat na povrch Zeme vo forme tzv. kyslý dážď. Použitie spaľovacie motory   vedie k značnému znečisteniu ovzdušia oxidmi dusíka, uhľovodíkmi a zlúčeninami olova ( tetraetylovaného olova Pb (CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Znečistenie atmosféry aerosólom je spôsobené prirodzenými príčinami (sopečné erupcie, prachové búrky, úniky morskej vody a peľu rastlín atď.) A ľudskými ekonomickými aktivitami (ťažba rúd a stavebných materiálov, spaľovanie paliva, výroba cementu atď.). Intenzívne odstraňovanie pevných častíc do atmosféry vo veľkom meradle je jednou z možných príčin klimatických zmien na planéte.

Atmosféra je to, čo umožňuje život na Zemi. Prvé informácie a fakty o atmosfére sa vrátime základnej školy, Na strednej škole sme s touto koncepciou už viac oboznámení v geografickej triede.

Koncepcia zemskej atmosféry

Atmosféra je prítomná nielen na Zemi, ale aj na iných nebeských telesách. Takzvaná obálka plynu obklopujúca planétu. Zloženie tejto plynovej vrstvy rôznych planét je výrazne odlišné. Pozrime sa na základy a fakty o inak nazývanom vzduchu.

Jeho najdôležitejšou zložkou je kyslík. Niektorí ľudia sa mylne domnievajú, že zemská atmosféra pozostáva výlučne z kyslíka, ale v skutočnosti je vzduch zmesou plynov. Obsahuje 78% dusíka a 21% kyslíka. Zostávajúce jedno percento zahŕňa ozón, argón, oxid uhličitý, vodnú paru. Nech je percentuálny pomer týchto plynov malý, ale vykonávajú dôležitú funkciu - absorbujú významnú časť slnečnej žiariacej energie, čím zabraňujú slnku premieňať všetok život na našej planéte na popol. Atmosférické vlastnosti sa líšia podľa nadmorskej výšky. Napríklad v nadmorskej výške 65 km je dusík 86% a kyslík 19%.

Zloženie atmosféry Zeme

• Oxid uhličitý   nutná pre výživu rastlín. V atmosfére sa javí ako výsledok dýchania živých organizmov, úpadku, horenia. Jeho absencia v zložení atmosféry by znemožnila existenciu akejkoľvek rastliny.
• kyslík   - životne dôležité pre ľudskú zložku atmosféry. Jeho prítomnosť je podmienkou existencie všetkých živých organizmov. Tvorí približne 20% celkového objemu atmosférických plynov.
• ozón   - Je to prirodzený absorbér slnečného ultrafialového žiarenia, ktorý nepriaznivo ovplyvňuje živé organizmy. Väčšina z nich tvorí samostatnú vrstvu atmosféry - ozónovú obrazovku. Ľudská činnosť v poslednom čase viedla k tomu, že sa začína postupne rozpadávať, ale keďže má veľký význam, potom sa vykonáva aktívna práca na jej zachovaní a obnove.
• Vodná para   určuje vlhkosť vzduchu. Jeho obsah sa môže líšiť v závislosti od rôznych faktorov: teploty vzduchu, miesta, sezóny. Pri nízkej teplote je vodná para vo vzduchu veľmi malá, možno menej ako jedno percento a pri vysokých teplotách dosahuje 4%.
• Okrem vyššie uvedeného je určité percento vždy prítomné v zložení zemskej atmosféry. tuhé a kvapalné nečistoty, Ide o sadze, popol, morskú soľ, prach, kvapky vody, mikroorganizmy. Môžu sa dostať do vzduchu prirodzene aj antropogénne.

Vrstvy atmosféry

A teplota a hustota a kvalitatívne zloženie vzduchu sa líšia v rôznych výškach. Z tohto dôvodu je obvyklé izolovať rôzne vrstvy atmosféry. Každá z nich má svoju vlastnú charakteristiku. Pozrime sa, ktoré vrstvy atmosféry sú rozlíšené:

• Troposphere - táto vrstva atmosféry je najbližšie k povrchu Zeme. Jeho výška je 8-10 km nad pólmi a 16-18 km v trópoch. Tu je 90% všetkej vodnej pary, ktorá je v atmosfére, teda aktívna tvorba oblakov. Aj v tejto vrstve sú pozorované také procesy ako pohyb vzduchu (vietor), turbulencia, konvekcia. Teplota sa pohybuje od +45 stupňov v poludnie počas teplého obdobia v trópoch až -65 stupňov na póloch.
• Stratosféra je druhou vrstvou atmosféry vo vzdialenosti od zemského povrchu. Nachádza sa v nadmorskej výške 11 až 50 km. V spodnej vrstve stratosféry je teplota približne -55, v smere vzdialenosti od Zeme, stúpa na + 1 ° C. Táto oblasť sa nazýva inverzia a je hranicou stratosféry a mezosféry.
• Mesosphere sa nachádza v nadmorskej výške 50 až 90 km. Teplota na jeho spodnej hranici je okolo 0, na vrchole dosahuje -80 ...- 90 ° C. Meteority, ktoré vstupujú do atmosféry Zeme, úplne horia v mezosfére, preto je vzduch žiariaci.
• Termosféra je približne 700 km hrubá. V tejto vrstve atmosféry sa objavujú polárne žiary. Vyzerajú v dôsledku pôsobenia kozmického žiarenia a žiarenia vychádzajúceho zo slnka.
• Exosféra je zóna rozptylu vzduchu. Tu je koncentrácia plynov malá a dochádza k ich postupnému odchodu do medziplanetárneho priestoru.

Hranica medzi zemskou atmosférou a rozlohou priestoru sa považuje za míľnik 100 km. Táto funkcia sa nazýva čiara Pocket.

Atmosférický tlak

Počúvame predpoveď počasia a často počúvame indikátory atmosférického tlaku. Čo však znamená atmosférický tlak a ako nás môže ovplyvniť?

Prišli sme na to, že vzduch pozostáva z plynov a nečistôt. Každá z týchto zložiek má svoju vlastnú váhu, čo znamená, že atmosféra nie je beztiažová, ako sa verilo až do XVII storočia. Atmosférický tlak je sila, ktorou všetky vrstvy atmosféry tlačia na povrch Zeme a na všetky objekty.

Vedci urobili komplexné výpočty a dokázali, že atmosféra váži 10 333 kg na meter štvorcový. To znamená, že ľudské telo je vystavené tlaku vzduchu, ktorého hmotnosť je 12-15 ton. Prečo to necítime? Ušetrí nám vnútorný tlak, ktorý vyrovnáva vonkajšie. Môžete cítiť tlak atmosféry, zatiaľ čo v lietadle alebo vysoko v horách, pretože atmosférický tlak vo výške je oveľa menej. Súčasne je možné fyzické nepohodlie, uši, závraty.

O atmosfére okolo možno povedať veľa. Vieme o nej veľa zaujímavostia niektoré z nich sa môžu zdať úžasné:

• Hmotnosť zemskej atmosféry je 5 300 000 000 000 000 000 ton.
• Prispieva k prenosu zvuku. V nadmorskej výške viac ako 100 km, táto vlastnosť zmizne v dôsledku zmeny v zložení atmosféry.
• Pohyb atmosféry je vyvolaný nerovnomerným ohrevom zemského povrchu.
• Na stanovenie teploty vzduchu sa používa teplomer a na určenie tlakovej sily atmosféry sa používa barometer.
• Prítomnosť atmosféry zachráni našu planétu zo 100 ton meteoritov denne.
• Zloženie vzduchu bolo stanovené niekoľko sto miliónov rokov, ale začal sa meniť s nástupom rýchlej priemyselnej činnosti.
• Predpokladá sa, že atmosféra siaha až do nadmorskej výšky 3000 km.

Hodnota atmosféry pre ľudí

Fyziologická zóna atmosféry je 5 km. V nadmorskej výške 5000 m nm sa človek začína prejavovať, čo sa odráža v znížení jeho pracovnej schopnosti a zhoršení zdravia. To ukazuje, že človek nemôže prežiť v priestore, kde táto úžasná zmes plynov nie je.

Všetky informácie a fakty o atmosfére len potvrdzujú jeho význam pre ľudí. Vďaka svojej prítomnosti sa objavila príležitosť rozvíjať život na Zemi. Už dnes, keď sme zhodnotili rozsah škôd, ktoré môže ľudstvo svojimi činmi spôsobiť životodarnému vzduchu, mali by sme uvažovať o ďalších opatreniach na zachovanie a obnovu atmosféry.

Na hladine mora 1013,25 hPa (približne 760 mm Hg). Priemerná teplota zemegule na povrchu Zeme je 15 ° C, pričom teplota sa pohybuje od približne 57 ° C v subtropických púšťach do -89 ° C v Antarktíde. Hustota vzduchu a pokles tlaku s výškou podľa zákona blízke exponenciálu.

Štruktúra atmosféry, Vertikálne má atmosféra vrstvenú štruktúru, určenú najmä vlastnosťami vertikálneho rozloženia teploty (obrázok), ktoré závisí od geografickej polohy, ročného obdobia, denného času atď. Nižšia vrstva atmosféry - troposféra - sa vyznačuje poklesom teploty s výškou (približne 6 ° С na 1 km), jej výškou od 8 do 10 km v polárnych šírkach až po 16-18 km v trópoch. Vzhľadom k rýchlemu poklesu hustoty vzduchu s výškou v troposfére je asi 80% celkovej hmotnosti atmosféry. Nad troposférou je stratosféra - vrstva, ktorá sa vyznačuje všeobecným zvýšením teploty s nadmorskou výškou. Prechodová vrstva medzi troposférou a stratosférou sa nazýva tropopause. V dolnej stratosfére na úrovni približne 20 km sa teplota mierne mení s výškou (tzv. Izotermálna oblasť) a často sa dokonca mierne znižuje. Vyšší nárast teploty v dôsledku absorpcie slnečného UV žiarenia ozónom, spočiatku pomaly a z úrovne 34-36 km - rýchlejšie. Horná hranica stratosféry - stratopauza - sa nachádza v nadmorskej výške 50 - 55 km, čo zodpovedá maximálnej teplote (260 - 270 K). Vrstva atmosféry, ktorá sa nachádza v nadmorskej výške 55-85 km, kde teplota opäť klesá s nadmorskou výškou, sa nazýva mezosféra, na jej hornej hranici mesopauza, teplota dosahuje 150-160 K v lete a 200-230 K v zime. charakterizované rýchlym nárastom teploty, dosahujúc hodnoty 800-1200 K v nadmorskej výške 250 km. Slnečné a röntgenové žiarenie Slnka je absorbované v termosfére, meteory sú spomalené a spálené, takže pôsobí ako ochranná vrstva Zeme. Vyššia je stále exosféra, odkiaľ sú atmosférické plyny rozptýlené do svetového priestoru kvôli rozptylu a tam, kde dochádza k postupnému prechodu z atmosféry do medziplanetárneho priestoru.

Atmosférické zloženie, Do výšky asi 100 km je atmosféra takmer rovnomerná v chemickom zložení a priemerná molekulová hmotnosť vzduchu (približne 29) je konštantná. V blízkosti zemského povrchu sa atmosféra skladá z dusíka (približne 78,1% objemu) a kyslíka (približne 20,9%) a obsahuje aj malé množstvá argónu, oxidu uhličitého (oxidu uhličitého), neónu a ďalších pevných a variabilných zložiek (pozri Vzduch). ).

Okrem toho atmosféra obsahuje malé množstvá ozónu, oxidov dusíka, amoniaku, radónu a ďalších Relatívny obsah hlavných zložiek vzduchu je v čase a rovnomerne v rôznych zemepisných oblastiach konštantný. Obsah vodných pár a ozónu je variabilný v priestore a čase; Napriek ich nízkemu obsahu je ich úloha v atmosférických procesoch veľmi významná.

Nad 100–110 km dochádza k disociácii kyslíka, oxidu uhličitého a vodnej pary, a preto sa znižuje molekulová hmotnosť vzduchu. V nadmorskej výške okolo 1000 km začínajú dominovať svetelné plyny - hélium a vodík, a dokonca sa atmosféra Zeme postupne mení na medziplanetárny plyn.

Najdôležitejšou variabilnou zložkou atmosféry je vodná para, ktorá vstupuje do atmosféry, keď sa odparuje z povrchu vody a vlhkej pôdy, ako aj transpiráciou rastlín. Relatívny obsah vodnej pary sa mení na povrchu Zeme od 2,6% v trópoch do 0,2% v polárnych zemepisných šírkach. S výškou prudko klesá a klesá o polovicu už v nadmorskej výške 1,5-2 km. Vo vertikálnom stĺpci atmosféry v miernych zemepisných šírkach obsahuje asi 1,7 cm "vrstva zrážanej vody". Počas kondenzácie vodnej pary sa vytvárajú oblaky, z ktorých spadajú atmosférické zrážky vo forme dažďa, krupobitia a snehu.

Dôležitou zložkou atmosférického vzduchu je ozón, koncentrovaný na 90% v stratosfére (medzi 10 a 50 km), približne 10% je v troposfére. Ozón poskytuje absorpciu tvrdého UV žiarenia (s vlnovou dĺžkou menej ako 290 nm), čo je jeho ochrannou úlohou pre biosféru. Hodnoty celkového obsahu ozónu sa menia podľa zemepisnej šírky a ročného obdobia v rozsahu od 0,22 do 0,45 cm (hrúbka ozónovej vrstvy pri tlaku p = 1 atm a teplota T = 0 ° C). V ozónových dierach pozorovaných na jar v Antarktíde od začiatku osemdesiatych rokov môže obsah ozónu klesnúť na 0,07 cm, zvyšuje sa od rovníka k pólom a má ročný chod s maximom na jar a minimum na jeseň a amplitúda ročného kurzu je malá v trópoch a na tratiach. rastie do vysokých zemepisných šírok. Významnou variabilnou zložkou atmosféry je oxid uhličitý, ktorého obsah v atmosfére sa za posledných 200 rokov zvýšil o 35%, čo je spôsobené najmä antropogénnymi faktormi. Pozoruje sa jeho latencia a sezónna variabilita spojená s fotosyntézou rastlín a rozpustnosťou v morskej vode (podľa Henryho zákona sa rozpustnosť plynu vo vode znižuje so zvyšovaním jeho teploty).

Dôležitú úlohu pri formovaní klímy planéty zohrávajú atmosférické aerosólové tuhé a kvapalné častice suspendované vo vzduchu v rozsahu od niekoľkých nm po desiatky mikrónov. Rôzne aerosóly prírodného a antropogénneho pôvodu. Aerosól sa tvorí v procese reakcií v plynnej fáze z rastlinných odpadových produktov a ľudských ekonomických aktivít, sopečných erupcií, ako dôsledok prachu stúpajúceho vetrom z povrchu planéty, najmä z jej púštnych oblastí, a tiež z kozmického prachu vstupujúceho do horných vrstiev atmosféry. Väčšina aerosólu je koncentrovaná v troposfére, aerosól zo sopečných erupcií tvorí takzvanú Jungeovu vrstvu v nadmorskej výške asi 20 km. Najväčšie množstvo antropogénneho aerosólu vstupuje do atmosféry v dôsledku vozidiel a CHP, chemických závodov, spaľovania palív, atď. Preto sa v niektorých oblastiach zloženie atmosféry výrazne líši od obyčajného vzduchu, čo si vyžadovalo vytvorenie špeciálnej služby pozorovania a monitorovania úrovne znečistenia ovzdušia.

Vývoj atmosféry, Zdá sa, že moderná atmosféra má druhotný pôvod: bola vytvorená z plynov emitovaných pevnou škrupinou Zeme po dokončení tvorby planéty asi pred 4,5 miliardami rokov. Počas geologickej histórie Zeme prešla atmosféra významnými zmenami v jej zložení pod vplyvom viacerých faktorov: rozptyl (prchavosť) plynov, väčšinou ľahších, do vesmíru; emisie plynov z litosféry v dôsledku sopečnej činnosti; chemické reakcie medzi zložkami atmosféry a horninami tvoriacimi kôru; fotochemické reakcie v atmosfére samotnej pod vplyvom slnečného UV žiarenia; akreácia (zachytávanie) medziplanetárneho média (napríklad meteorická hmota). Vývoj atmosféry je úzko spojený s geologickými a geochemickými procesmi a poslednými 3-4 miliardami rokov aj s aktivitou biosféry. Významná časť plynov, ktoré tvoria modernú atmosféru (dusík, oxid uhličitý, vodná para), vznikla v priebehu sopečnej činnosti a vniknutia, ktoré ich prenášalo z hlbín Zeme. Kyslík sa objavil vo významných množstvách asi pred 2 miliardami rokov v dôsledku aktivity fotosyntetických organizmov pôvodne pochádzajúcich z povrchových vôd oceánu.

Podľa údajov o chemickom zložení uhličitanových sedimentov boli získané odhady množstva oxidu uhličitého a kyslíka v atmosfére geologickej minulosti. Nad Phanerozoic (posledných 570 miliónov rokov histórie Zeme) sa množstvo oxidu uhličitého v atmosfére veľmi líšilo v závislosti od úrovne sopečnej aktivity, teploty oceánu a úrovne fotosyntézy. Po väčšinu času bola koncentrácia oxidu uhličitého v atmosfére výrazne vyššia (až 10-krát). Množstvo kyslíka v atmosfére fanerozoika sa výrazne zmenilo a prevládala tendencia k jeho zvýšeniu. V atmosfére Precambrianu bola hmotnosť oxidu uhličitého spravidla väčšia a hmotnosť kyslíka, menej ako atmosféra fanerozoika. Kolísanie množstva oxidu uhličitého v minulosti malo výrazný vplyv na klímu, čím sa zvýšil skleníkový efekt so zvýšením koncentrácie oxidu uhličitého, vďaka čomu bola klíma v celej hlavnej časti Phanerozoiku oveľa teplejšia v porovnaní s modernou érou.

Atmosféra a život, Bez atmosféry by bola Zem mŕtvou planétou. Organický život prebieha v úzkej spolupráci s atmosférou as ňou súvisiacou klímou a počasím. Bezvýznamná hmotnosť v porovnaní s planétou ako celok (približne jedna milióntina) je nenahraditeľnou podmienkou pre všetky formy života. Najväčšia hodnota atmosférických plynov pre život organizmov je kyslík, dusík, vodná para, oxid uhličitý, ozón. Keď je oxid uhličitý absorbovaný fotosyntetickými rastlinami, vytvára sa organická hmota, ktorá je používaná ako zdroj energie prevažnou väčšinou živých bytostí vrátane ľudí. Kyslík je nevyhnutný pre existenciu aeróbnych organizmov, pre ktoré je tok energie zabezpečený oxidačnými reakciami organických látok. Dusík asimilovaný niektorými mikroorganizmami (fixátory dusíka) je nevyhnutný pre minerálnu výživu rastlín. Ozón, ktorý absorbuje tvrdé UV žiarenie Slnka, výrazne znižuje túto škodlivú časť života slnečného žiarenia. Kondenzácia vodných pár v atmosfére, tvorba oblakov a následné zrážanie vody privádzajúcej vodu do pôdy, bez ktorej nie sú možné žiadne formy života. Životne dôležitá aktivita organizmov v hydrosfére je do značnej miery určená množstvom a chemickým zložením atmosférických plynov rozpustených vo vode. Keďže chemické zloženie atmosféry v podstate závisí od aktivity organizmov, biosféra a atmosféra sa môžu považovať za súčasť jedného systému, ktorého udržanie a vývoj (pozri Biogeochemické cykly) mal veľký význam pre zmenu zloženia atmosféry v celej histórii Zeme ako planéty.

Radiačná, tepelná a vodná bilancia atmosféry, Slnečné žiarenie je prakticky jediným zdrojom energie pre všetky fyzikálne procesy v atmosfére. Hlavná funkcia radiačný režim atmosféra - tzv. skleníkový efekt: atmosféra dostatočne prenáša slnečné žiarenie na zemský povrch, ale aktívne absorbuje tepelné dlhovlnné žiarenie z zemského povrchu, ktorého časť sa vracia na povrch vo forme proti-žiarenia, čím kompenzuje tepelné žiarenie na povrchu Zeme (pozri Atmosférické žiarenie). Pri absencii atmosféry by priemerná teplota zemského povrchu bola -18 ° C, v skutočnosti je to 15 ° C. Vstupné slnečné žiarenie je čiastočne (asi 20%) absorbované do atmosféry (hlavne vodná para, kvapky vody, oxid uhličitý, ozón a aerosóly) a je tiež rozptýlené (asi 7%) na aerosólové častice a kolísanie hustoty (rozptyl Rayleighovho rozptylu). Celkové žiarenie, dosahujúce zemský povrch, sa od neho čiastočne (približne 23%) odráža. Koeficient odrazu je určený odrazivosťou podkladu, tzv. Albedom. V priemere je albedo Zeme pre integrovaný tok slnečného žiarenia blízke 30%. To sa pohybuje od niekoľkých percent (suchá pôda a chernozem) až 70-90% pre čerstvý sneh. Radiačná výmena tepla medzi zemským povrchom a atmosférou v podstate závisí od albeda a je určená účinným žiarením zemského povrchu a protiargionom atmosféry, ktorú absorbuje. Algebraický súčet tokov žiarenia vstupujúcich do zemskej atmosféry z vonkajšieho priestoru a zanechávajúci ho späť sa nazýva radiačná bilancia.

Transformácia slnečného žiarenia po jeho absorbovaní atmosférou a zemským povrchom určujú tepelnú bilanciu Zeme ako planéty. Hlavným zdrojom tepla pre atmosféru je zemský povrch; teplo z neho sa prenáša nielen vo forme dlhovlnného žiarenia, ale aj konvekciou a uvoľňuje sa aj pri kondenzácii vodnej pary. Podiel tohto prílevu tepla je v priemere 20%, resp. 7% a 23%. Pridáva tiež približne 20% tepla v dôsledku absorpcie priameho slnečného žiarenia. Tok slnečného žiarenia za jednotku času cez jednu oblasť kolmú na slnečné lúče a umiestnený mimo atmosféry v priemernej vzdialenosti od Zeme k Slnku (tzv. Slnečná konštanta) je 1367 W / m 2, zmeny sú 1-2 W / m 2 v závislosti od cyklus slnečnej aktivity, S planetárnym albedom je približne 30% priemerného priemerného slnečného prítoku energie na planétu 239 W / m 2. Pretože Zem ako planéta vyžaruje do vesmíru priemerne rovnaké množstvo energie, potom podľa Stefan-Boltzmannovho zákona je efektívna teplota odchádzajúceho tepelného dlhovlnného žiarenia 255 K (-18 ° C). Priemerná teplota zemského povrchu je 15 ° C. Rozdiel 33 ° C nastáva v dôsledku skleníkový efekt.

Vodná bilancia atmosféry ako celku zodpovedá rovnosti množstva odparenej vlhkosti z povrchu Zeme, množstva zrážok padajúcich na zemský povrch. Atmosféra nad oceánmi získava viac vlhkosti z procesov odparovania než zeme a stráca vo forme zrážok 90%. Prebytočné vodné pary nad oceánmi sa prepravujú na kontinenty vzdušnými prúdmi. Množstvo vodnej pary privádzanej do atmosféry z oceánov na kontinenty sa rovná objemu toku riek tečúcich do oceánov.

Pohyb vzduchu, Zem má guľovitý tvar, preto k svojim vysokým zemepisným šírkam prichádza oveľa menej slnečného žiarenia ako trópy. Výsledkom sú veľké teplotné kontrasty medzi zemepisnými šírkami. Rozloženie teploty je tiež významne ovplyvnené relatívnou polohou oceánov a kontinentov. Kvôli veľkému množstvu oceánskych vôd a vysokej tepelnej kapacite vody sú sezónne zmeny teploty oceánskeho povrchu oveľa nižšie ako pôda. V tejto súvislosti, v strednej a vysokej zemepisnej šírke, je teplota vzduchu nad oceánmi v lete výrazne nižšia ako na kontinentoch a vyššia v zime.

Nerovnomerné zahrievanie atmosféry v rôznych oblastiach zemegule spôsobuje nerovnomerné priestorové rozloženie atmosférického tlaku. Na hladine mora je rozdelenie tlaku charakterizované relatívne nízkymi hodnotami v blízkosti rovníka, nárastom subtropov (vysokotlakové pásy) a poklesom v stredných a vysokých zemepisných šírkach. Súčasne sa zvyśuje tlak v zime na kontinentoch extratropických zemepisných šírok av lete klesá v dôsledku rozloženia teploty. Pri pôsobení tlakového gradientu dochádza k zrýchleniu vzduchu z oblastí s vysokým tlakom do nízkych oblastí, čo vedie k pohybu vzdušných hmôt. Hmotnosti pohybujúceho sa vzduchu sú tiež ovplyvnené vychyľovacou silou rotácie Zeme (Coriolisovou silou), trecou silou klesajúcou s výškou a zakrivenými trajektóriami a odstredivou silou. Veľmi dôležité je turbulentné miešanie vzduchu (pozri Turbulencia v atmosfére).

Komplexný systém prúdenia vzduchu (všeobecná cirkulácia atmosféry) je spojený s distribúciou planétového tlaku. V meridiálnej rovine možno v priemere vysledovať dve alebo tri bunky meridiálnej cirkulácie. V blízkosti rovníka stúpa horúci vzduch a spadá do subtropov, čím vytvára bunku Hadley. V tom istom mieste padá vzduch spätnej cely Ferrella. Vo vysokých zemepisných šírkach je často sledovaná priama polárna bunka. Rýchlosť meridiálnej cirkulácie je asi 1 m / s alebo menej. Vzhľadom na účinok Coriolisovej sily sa západné vetra pozorujú vo väčšine atmosféry s rýchlosťou v strednej troposfére asi 15 m / s. Existujú relatívne stabilné veterné systémy. Patrí medzi ne obchodné vetry - vietor z vysokotlakových pásov v subtropoch do rovníka s výraznou východnou zložkou (od východu na západ). Monzúny sú pomerne stabilné - vzdušné prúdy, ktoré sú svojou povahou zreteľne sezónne: v lete vychádzajú z oceánu na pevninu av zime v opačnom smere. Monzúny Indického oceánu sú obzvlášť pravidelné. V stredných zemepisných šírkach je pohyb vzdušných hmôt prevažne západným smerom (od západu k východu). Je to zóna atmosférických frontov, na ktorých vznikajú veľké víry - cyklóny a anticyklóny, ktoré pokrývajú stovky a dokonca tisíce kilometrov. Cyklony sa objavujú v trópoch; tu sa vyznačujú menšími rozmermi, ale veľmi vysoké rýchlosti vetra dosahujú hurikánové sily (33 m / s a ​​viac), tzv. tropické cyklóny. Nazývajú sa hurikány v Atlantickom a Východnom Pacifiku a tajfúny v západnom Pacifiku. V hornej troposfére a nižšej stratosfére v oblastiach oddeľujúcich priamu bunku meridiálnej cirkulácie Hadley a návratovej bunky Ferrell sú často relatívne úzke, stovky kilometrov široké, prúdové prúdy s ostro ohraničenými hranicami, v ktorých vietor dosahuje 100-150 a dokonca 200 m /. a.

Podnebie a počasie, Rozdiel v množstve slnečného žiarenia, ktorý prichádza v rôznych zemepisných šírkach na zemský povrch s rôznymi fyzikálnymi vlastnosťami, určuje rozmanitosť klimatických podmienok Zeme. Od rovníka k tropickým zemepisným šírkam je teplota vzduchu na zemskom povrchu v priemere 25–30 ° C a počas roka sa mení len málo. V rovníkovom páse, zvyčajne veľa zrážok padá, čo vytvára podmienky nadmernej vlhkosti tam. V tropických zónach klesá množstvo zrážok av niektorých oblastiach sa stáva veľmi malým. Tu sú obrovské púšte Zeme.

V subtropických a stredných zemepisných šírkach sa teplota vzduchu počas roka výrazne mení a rozdiel medzi letnými a zimnými teplotami je obzvlášť veľký v regiónoch kontinentov vzdialených od oceánov. Tak, v niektorých oblastiach východnej Sibír, ročná amplitúda teploty vzduchu dosiahne 65 ° С. Podmienky zvlhčovania v týchto zemepisných šírkach sú veľmi rôznorodé, závisia najmä od spôsobu všeobecného obehu atmosféry a medzi jednotlivými rokmi sa výrazne líšia.

V polárnych zemepisných šírkach zostáva teplota počas celého roka nízka, aj keď má výrazné sezónne zmeny. To prispieva k širokej distribúcii ľadovej pokrývky oceánov a pôdy a permafrostu, ktoré zaberajú viac ako 65% jeho územia v Rusku, najmä na Sibíri.

Zmeny sa za posledné desaťročia stali výraznejšími. globálnej klímy, Teplota vo vyšších zemepisných šírkach stúpa viac ako pri nízkych; viac v zime ako v lete; viac v noci ako počas dňa. Počas 20. storočia sa priemerná ročná teplota vzduchu na zemskom povrchu v Rusku zvýšila o 1,5–2 ° C av niektorých oblastiach Sibíri sa pozoroval nárast o niekoľko stupňov. To je spojené so zvýšením skleníkového efektu v dôsledku zvýšenia koncentrácie malých nečistôt v plyne.

Počasie je určované podmienkami atmosférického obehu a geografickou polohou oblasti, je najstabilnejšie v trópoch a najviac variabilné v stredných a vysokých zemepisných šírkach. Predovšetkým sa mení počasie v zónach zmeny vzdušných hmôt spôsobených prechodom atmosférických frontov, cyklónov a anticyklonov nesúcich zrážky a intenzifikáciu vetra. Údaje pre predpovede počasia sa zbierajú na meteorologických satelitoch, na pozemných meteorologických staniciach, lodiach a lietadlách. Pozri tiež meteorológiu.

Optické, akustické a elektrické javy v atmosfére, Keď sa elektromagnetické žiarenie šíri v atmosfére v dôsledku lomu, absorpcie a rozptylu svetla vzduchom a rôznymi časticami (aerosól, ľadové kryštály, kvapky vody), vyskytujú sa rôzne optické javy: dúha, koruny, halo, mirage, atď. Rozptyl svetla spôsobuje viditeľnú výšku nebeského oblúka a modrá obloha Rozsah viditeľnosti objektov je určený podmienkami šírenia svetla v atmosfére (pozri Atmosférická viditeľnosť). Z priehľadnosti atmosféry na rôznych vlnových dĺžkach závisí od komunikačnej vzdialenosti a schopnosti detegovať objekty s nástrojmi, vrátane možnosti astronomických pozorovaní z povrchu Zeme. Fenomén súmraku zohráva dôležitú úlohu v štúdiách optických nehomogenít stratosféry a mezosféry. Napríklad, fotografovanie súmraku z kozmickej lode môže odhaliť aerosólové vrstvy. Charakteristiky šírenia elektromagnetického žiarenia v atmosfére určujú presnosť metód diaľkového snímania jeho parametrov. Všetky tieto otázky, podobne ako mnohé iné, študuje atmosférická optika. Refrakcia a rozptyl rádiových vĺn určujú možnosť príjmu rádia (pozri Rozhlasové vysielanie).

Šírenie zvuku v atmosfére závisí od priestorového rozloženia teploty a rýchlosti vetra (pozri Atmosférická akustika). Je zaujímavé pre diaľkové snímanie atmosféry. Výbuchy nábojov vypustených raketami do hornej atmosféry poskytli bohaté informácie o veterných systémoch a priebehu teploty v stratosfére a mezosfére. V stabilne vrstvenej atmosfére, keď teplota klesá s výškou pomalšou ako adiabatický gradient (9,8 K / km), vznikajú takzvané vnútorné vlny. Tieto vlny sa môžu šíriť smerom nahor do stratosféry a dokonca do mezosféry, kde zoslabujú, čo prispieva k zvýšenému vetru a turbulenciám.

Negatívny náboj Zeme a ním spôsobené elektrické pole spolu s elektricky nabitou ionosférou a magnetosférou vytvárajú globálny elektrický obvod. Dôležitú úlohu zohráva tvorba mrakov a búrka elektriny. Nebezpečenstvo bleskových výbojov spôsobilo potrebu vyvinúť metódy ochrany pred bleskom budov, stavieb, elektrických vedení a komunikácií. Tento jav je obzvlášť nebezpečný pre letectvo. Výboje z búrky spôsobujú atmosférické rádiové rušenie, známe ako atmosferické (pozri Pískanie atmosféry). Počas prudkého nárastu intenzity elektrického poľa sa pozorujú svetelné výboje, ktoré sa objavujú na špičkách a ostrých rohoch objektov, ktoré vyčnievajú nad zemský povrch, na oddelených vrcholoch v horách atď. (Svetlá Elma). Atmosféra vždy obsahuje množstvo ľahkých a ťažkých iónov, ktoré sa veľmi líšia v závislosti od špecifických podmienok, ktoré určujú elektrickú vodivosť atmosféry. Hlavnými ionizátormi vzduchu na zemskom povrchu sú žiarenie rádioaktívnych látok obsiahnutých v zemskej kôre av atmosfére, ako aj kozmické žiarenie. Pozri tiež Atmosférická elektrina.

Vplyv človeka na atmosféru.   V uplynulých storočiach došlo v dôsledku ľudskej činnosti k zvýšeniu koncentrácie skleníkových plynov v atmosfére. Percentuálny podiel oxidu uhličitého sa zvýšil z 2,8 - 10 2 pred dvesto rokmi na 3,8 - 10 2 v roku 2005, obsah metánu sa zvýšil z 0,7 - 10 1 približne pred 300 - 400 rokmi na 1,8 - 10 -4 na začiatku 21. storočia; približne 20% nárastu skleníkového efektu v uplynulom storočí dostali freóny, ktoré prakticky neboli prítomné v atmosfére až do polovice 20. storočia. Tieto látky sú uznávané ako ničivá stratosférická ozónová vrstva a ich výroba je zakázaná Montrealským protokolom z roku 1987. Zvyšujúca sa koncentrácia oxidu uhličitého v atmosfére je spôsobená spaľovaním stále sa zvyšujúceho množstva uhlia, ropy, plynu a iných druhov uhlíkových palív, ako aj znižovaním lesov, čo má za následok zníženie absorpcie oxidu uhličitého prostredníctvom fotosyntézy. Koncentrácia metánu sa zvyšuje s rastom produkcie ropy a plynu (v dôsledku jeho straty), ako aj s rastom ryžových plodín a nárastom počtu hovädzieho dobytka. To všetko prispieva k otepľovaniu klímy.

Na zmenu počasia vyvinuli metódy aktívneho ovplyvňovania atmosférických procesov. Používajú sa na ochranu poľnohospodárskych rastlín pred krupobitím rozptýlením špeciálnych činidiel v búrkových oblakoch. Existujú aj metódy rozptýlenia hmly na letiskách, ochrana rastlín pred mrazom, ovplyvňovanie oblakov s cieľom zvýšiť zrážky na správnych miestach alebo rozptýliť mraky na verejných podujatiach.

Skúmanie atmosféry, Informácie o fyzikálnych procesoch v atmosfére sa získavajú predovšetkým z meteorologických pozorovaní, ktoré vykonáva globálna sieť permanentne pracujúcich meteorologických staníc a staníc nachádzajúcich sa na všetkých kontinentoch a na mnohých ostrovoch. Denné pozorovania poskytujú informácie o teplote a vlhkosti vzduchu, atmosférickom tlaku a zrážkach, oblačnosti, vetre atď. Pozorovania slnečného žiarenia a jeho transformácie sa vykonávajú na aktinometrických staniciach. Pre štúdium atmosféry sú veľmi dôležité siete horných vzdušných staníc, na ktorých sa vykonávajú meteorologické merania pomocou rádiosond v nadmorskej výške 30-35 km. Na mnohých staniciach sa pozorujú atmosférické ozóny, elektrické javy v atmosfére a chemické zloženie vzduchu.

Údaje z pozemných staníc sú doplnené pozorovaniami o oceánoch, kde pôsobia „meteorologické lode“, ktoré sa neustále nachádzajú v určitých oblastiach oceánov, ako aj meteorologické informácie získané z výskumu a iných plavidiel.

V posledných desaťročiach sa s pomocou meteorologických satelitov získalo stále viac informácií o atmosfére, na ktorých sú inštalované prístroje na fotografovanie oblakov a meranie toku ultrafialového, infračerveného a mikrovlnného žiarenia zo slnka. Satelity poskytujú informácie o vertikálnych profiloch teploty, oblakoch a ich skladovaní vody, prvkoch bilancie atmosférického žiarenia, povrchovej teploty oceánu atď. Pomocou meraní lomu rádiového signálu z navigačného satelitného systému je možné určiť vertikálne profily hustoty, tlaku a teploty v atmosfére, ako aj obsah vlhkosti. , Pomocou satelitov bolo možné objasniť hodnotu slnečnej konštanty a planetárneho albeda Zeme, vytvoriť mapy radiačnej bilancie systému Zeme - atmosféra, merať obsah a variabilitu malých atmosférických nečistôt, riešiť mnohé ďalšie problémy fyziky atmosféry a monitorovania životného prostredia.

Budyko M. I. Podnebie v minulosti a budúcnosti. L., 1980; Matveev L. T. Priebeh všeobecnej meteorológie. Fyzika atmosféry. 2. vydanie. L., 1984; Budyko M. I., Ronov A. B., Yanshin A. L. História atmosféry. L., 1985; Khrgian A. Kh. Fyzika atmosféry. M., 1986; Atmosféra: Referencia. L., 1991; Khromov S.P., Petrosyants M.A. Meteorológia a klimatológia. 5. vydanie. M., 2001.

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

Atmosféra je plynová škrupina Zeme, v ktorej sa nachádzajú aerosólové častice, ktoré sa pohybujú spolu so Zemou vo svete ako celku a zároveň sa zúčastňujú na rotácii Zeme. Na dne atmosféry prúdi náš život.

Takmer všetky planéty našej slnečnej sústavy majú svoje atmosféry, ale iba pozemská atmosféra je schopná podporovať život.

Keď bola naša planéta vytvorená pred 4,5 miliardami rokov, potom, zjavne, bola zbavená atmosféry. Atmosféra vznikla v dôsledku sopečných emisií vodných pár s nečistotami oxidu uhličitého, dusíka a iných chemikálií z čriev mladej planéty. Ale atmosféra môže obsahovať obmedzené množstvo vlhkosti, takže jej prebytok v dôsledku kondenzácie spôsobil vznik oceánov. Ale potom bola atmosféra zbavená kyslíka. Prvé živé organizmy, ktoré vznikli a vyvíjali sa v oceáne, ako výsledok fotosyntetickej reakcie (H20 + CO2 = CH20 + O2), začali uvoľňovať malé množstvá kyslíka, ktoré sa začali dostávať do atmosféry.

Tvorba kyslíka v atmosfére Zeme viedla k vytvoreniu ozónovej vrstvy v nadmorských výškach približne 8–30 km. A tak naša planéta získala ochranu pred škodlivými účinkami ultrafialového výskumu. Táto okolnosť bola impulzom pre ďalší vývoj foriem života na Zemi, pretože ako dôsledok zvýšenia fotosyntézy, množstvo kyslíka v atmosfére začalo rýchlo rásť, čo prispelo k vzniku a udržiavaniu foriem života, vrátane pôdy.

Naša atmosféra je dnes 78,1% dusíka, 21% kyslíka, 0,9% argónu, 0,04% oxidu uhličitého. V porovnaní s hlavnými plynmi, neón, hélium, metán a kryptón predstavujú veľmi malé frakcie.

Častice plynu obsiahnuté v atmosfére sú ovplyvnené gravitačnou silou Zeme. A s prihliadnutím na to, že vzduch je stlačený, jeho hustota sa postupne znižuje s výškou, prechádzajúcou do vesmíru bez jasnej hranice. Polovica celej hmoty zemskej atmosféry sa sústreďuje v dolných 5 km, tri štvrtiny v dolných 10 km, deväť desatín v dolných 20 km. 99% hmotnosti zemskej atmosféry sa koncentruje pod nadmorskou výškou 30 km, čo je len 0,5% ekvatoriálneho polomeru našej planéty.

Na úrovni mora je počet atómov a molekúl na kubický centimeter vzduchu približne 2 x 10 19, v nadmorskej výške 600 km len 2 x 10 7. Na hladine mora letí atóm alebo molekula približne 7 x 10 cm pred zrážaním s inou časticou. V nadmorskej výške 600 km je táto vzdialenosť asi 10 km. A na úrovni mora, asi 7 * 10 9 takýchto zrážok sa vyskytuje každú sekundu, v nadmorskej výške 600 km - len asi jednu za minútu!

Ale nielen zmeny tlaku s výškou. Teplota sa tiež mení. Napríklad na úpätí vysokej hory môže byť dosť horúca, zatiaľ čo vrch hory je pokrytý snehom a teplota je zároveň pod nulou. Ale stojí za to vyliezť lietadlo do výšky asi 10-11 km, ako môžete počuť správu, že overboard -50 stupňov, zatiaľ čo zemský povrch je o 60-70 stupňov teplejšie ...

Vedci predpokladali, že teplota klesá s výškou, až kým nedosiahne absolútnu nulu (-273,16 ° C). Ale nie je.

Atmosféra Zeme pozostáva zo štyroch vrstiev: troposféry, stratosféry, mezosféry, ionosféry (termosféry). Takéto rozdelenie na vrstvy sa vykonáva na základe údajov o zmene teploty s výškou. Najnižšia vrstva, kde teplota vzduchu klesá s nadmorskou výškou, sa nazýva troposféra. Vrstva nad troposférou, kde sa teplotný spád zastaví, je nahradená izotermickou a nakoniec sa teplota začína zvyšovať, nazývaná stratosféra. Vrstva nad stratosférou, v ktorej teplota opäť rýchlo klesá, je mezosféra. A nakoniec, vrstva, kde teplota opäť stúpa, sa nazýva ionosféra alebo termosféra.

Troposféra sa rozprestiera v priemere v dolných 12 km. Práve v ňom prebieha formovanie nášho počasia. Najvyššie oblaky (cirrus) sú tvorené v najvyšších vrstvách troposféry. Teplota v troposfére sa adiabaticky znižuje s výškou, t.j. zmena teploty je spôsobená poklesom tlaku s výškou. Teplotný profil troposféry je vo veľkej miere spôsobený slnečným žiarením dosahujúcim povrch Zeme. V dôsledku slnečného ohrevu zemského povrchu sa vytvárajú konvektívne a turbulentné toky smerujúce nahor, ktoré vytvárajú počasie. Stojí za zmienku, že vplyv podkladového povrchu na spodné vrstvy troposféry siaha do výšky asi 1,5 km. Samozrejme, okrem horských oblastí.

Horná hranica troposféry je tropopause, izotermická vrstva. Pripomeňme si charakteristickú formu búrkových mrakov, ktorých vrcholom je „vyhadzovanie“ cirrusových mrakov, nazývaných „kovadlina“. Táto "kovadlina" sa len "šíri" pod tropopause, pretože v dôsledku izotermie sa stúpajúce prúdenie vzduchu výrazne oslabuje a oblak sa prestáva vyvíjať vertikálne. Ale v špeciálnych, zriedkavých prípadoch môžu vrcholy kumulonimbových mrakov napadnúť nižšiu stratosféru a prekonať tropopauzu.

Výška tropopause závisí od zemepisnej šírky. Na rovníku sa nachádza v nadmorskej výške asi 16 km a jeho teplota je okolo -80 ° C. Na póloch tropopause sa nachádza - približne v nadmorskej výške 8 km. V lete je tu teplota -40 ° C a v zime -60 ° C. Takže aj napriek viac vysoké teploty   na povrchu Zeme je tropická tropopause oveľa chladnejšia ako na póloch.

Ďalej, v stratosfére sa teplota neznižuje s výškou, ale naopak rastie, až kým nedosiahne -30 ° C ... + 20 ° C v závislosti od ročného obdobia a zemepisnej šírky v nadmorskej výške asi 48 km. Toto zvýšenie teploty je spôsobené interakciou ultrafialového žiarenia s ozónovou vrstvou, ktorá sa nachádza práve v stratosfére. Mimochodom, stratosféra ovplyvňuje aj počasie. Nedávno sa objavili štúdie, ktoré naznačujú vzťah medzi parametrami stratosféry a anomáliami povrchovej teploty. Pravdepodobne vývoj týchto štúdií umožní vedcom vyvinúť pokročilejšie a presné metódy dlhodobej prognózy teplotných anomálií na povrchu Zeme (30-40 dní).

Je potrebné dodať, že množstvo vodných pár v stratosfére prudko klesá, ale obsah ozónu sa zvyšuje. Je teda zrejmý kontrast medzi mokrou a nízkou ozónovou troposférou a suchou, ale ozónovo bohatou stratosférou.

Napriek suchosti stratosféry, v chladnom období, vo vysokých zemepisných šírkach sa v nej môžu v nadmorských výškach od 17 do 30 km tvoriť mraky.

Stratosféra sa rozprestiera asi 48 km nad povrchom našej planéty a spolu s troposférou tvorí 99,9% našej atmosféry.

Horná hranica stratosféry je stratopauza.

Nad stratopauzou teplota opäť klesá. Táto vrstva sa nazýva mezosféra a nachádza sa v strednej atmosfére. V horných vrstvách mezosféry teplota klesá na -90 ° C. Taký krásny svetelný fenomén v atmosfére, ako meteor bliká, sa rodí v mezosfére. Preto pozorujte "padajúce hviezdy", pamätajte, že tento jav, ktorý vidíme v mezosfére. Aj v horných vrstvách mezosféry sa tvoria tajomné nočné svietiace mraky, ktoré na severnej pologuli Zeme možno pozorovať na krátkych letných nociach od mája do augusta nad severným horizontom. Mesosphere končí v mesopauze v nadmorskej výške asi 85 km. Vo vysokých zemepisných šírkach sa teplota mesopauzy pohybuje od -120 ° C v lete do -50 ° v zime.

V letných mesiacoch s nárastom vertikálnych teplotných gradientov v mezosfére nad vysokými zemepisnými šírkami, vrátane. Vzhľadom na maximálnu teplotu stratopauzy v dôsledku maximálneho prílivu slnečného žiarenia sa vytvárajú upflowy, ktoré vedú k tvorbe tenkých oblakov, nazývaných striebro. V hornej mesosfére sa vo vrcholových výškach okolo 80 km nad zemským povrchom vytvárajú oblaky noktilu.

Horná vrstva atmosféry sa nazýva ionosféra (termosféra). Tu začína teplota opäť stúpať a dosahuje významné hodnoty (do 500-1000 ° K, v závislosti od slnečnej aktivity). Denné zmeny teploty tu stovky stupňov! Ale vzduch tu je tak vypustený, že pojem "teplota" v našom chápaní tu znamená málo.

Takéto krásne prírodné javy ako aurory sa vyskytujú v ionosfére.

Výška termopauzy závisí od slnečnej aktivity od 200 do 500 km. Nad 500 km je stanovenie teploty veľmi náročnou úlohou kvôli extrémnemu zriedeniu týchto veľmi horných hraníc zemskej atmosféry.