Страница 7 от 10

Кислород в земната атмосфера.

Кислородът играе много важна роля в живота на нашата планета.Използва се от живите организми за дишане, е част от органичната материя (протеини, мазнини, въглехидрати). Озоновият слой на атмосферата (O 3) улавя слънчевата радиация, която е опасна за съществуването на живота.

Съдържанието на кислород в състава на земната атмосфера е приблизително 21%.Това е вторият най-разпространен газ в атмосферата след азота. В атмосферата той се съдържа под формата на O 2 молекули. Въпреки това, в горните слоеве на атмосферата кислородът се разлага на атоми (процес на дисоциация) и на височина от около 200 km съотношението на атомния кислород към молекулния кислород става около 1:10.

Озонът (O 3) се образува в горните слоеве на земната атмосфера под въздействието на слънчевата радиация.Озоновият слой на атмосферата предпазва живите организми от вредното ултравиолетово лъчение.

Еволюция на съдържанието на кислород в земната атмосфера.

В самото начало на развитието на Земята в атмосферата имаше много малко свободен кислород.Възникна в горните слоеве на атмосферата в процеса на фотодисоциация на въглероден диоксид и вода. Но практически целият образуван кислород е изразходван за окисляване на други газове и се абсорбира от земната кора.

На определен етап от развитието на Земята нейната атмосфера от въглероден диоксид се превърна в азотно-кислородна атмосфера. Съдържанието на кислород в атмосферата започва бързо да нараства с появата на автотрофни фотосинтезиращи организми в океана. Увеличаването на кислорода в атмосферата е довело до окисляване на много компоненти на биосферата. Първоначално кислородът в докамбрийските морета се абсорбира от двувалентно желязо, но след като съдържанието на разтворено желязо в океаните намалява значително, кислородът започва да се натрупва в хидросферата, а след това и в земната атмосфера.

Нараства ролята на биохимичните процеси на живата материя на биосферата при образуването на кислород. С появата на растителността на континентите започва съвременен етап в развитието на земната атмосфера.Установено е постоянно съдържание на свободен кислород в земната атмосфера.

В момента количеството кислород в земната атмосфера е балансирано по такъв начин, че количеството произведен кислород е равно на количеството, което се абсорбира.Загубата на кислород в атмосферата в резултат на процесите на дишане, гниене и горене се замества с кислород, освободен по време на фотосинтезата.

Цикъл на кислород в природата.

Геохимичен кислороден цикълсвързва газовите и течните черупки със земната кора.

Неговите акценти:

• освобождаване на свободен кислород по време на фотосинтеза,
• окисляване на химични елементи,
• навлизането на изключително окислени съединения в дълбоките зони на земната кора и тяхното частично намаляване, включително поради въглеродни съединения,
• отстраняване на въглероден окис и вода до повърхността на земната кора и
• включвайки ги в реакцията на фотосинтезата.

Ориз. 1. Диаграма на кислородния цикъл в несвързана форма.

Това беше статия " Кислород в земната атмосфера - съдържание в атмосферата 21%. ". Прочетете нататък: „Въглероден диоксид в земната атмосфера. "

Статии на тема "Атмосферата на Земята":

• Въздействието на земната атмосфера върху човешкото тяло с увеличаване на надморската височина.

- въздушната обвивка на земята, въртяща се със Земята. Горната граница на атмосферата условно се очертава на височини от 150-200 км. Долната граница е повърхността на Земята.

Атмосферният въздух е смес от газове. По-голямата част от обема му в повърхностния въздушен слой е азот (78%) и кислород (21%). Освен това въздухът съдържа инертни газове (аргон, хелий, неон и др.), въглероден диоксид (0,03), водни пари и различни твърди частици (прах, сажди, кристали сол).

Въздухът е безцветен, а цветът на небето се обяснява с особеностите на разсейването на светлинните вълни.

Атмосферата се състои от няколко слоя: тропосфера, стратосфера, мезосфера и термосфера.

Долният повърхностен слой въздух се нарича тропосфера.Дебелината му не е еднаква на различните географски ширини. Тропосферата повтаря формата на планетата и участва заедно със Земята в аксиалното въртене. На екватора дебелината на атмосферата варира от 10 до 20 km. Повече е на екватора и по-малко на полюсите. Тропосферата се характеризира с максимална плътност на въздуха, в нея е концентрирана 4/5 от масата на цялата атмосфера. Тропосферата определя метеорологичните условия: тук се образуват различни въздушни маси, образуват се облаци и валежи, има интензивно хоризонтално и вертикално движение на въздуха.

Над тропосферата, до надморска височина от 50 км, е стратосферата.Характеризира се с по-ниска плътност на въздуха, в него няма водна пара. В долната част на стратосферата на височини около 25 км. има "озонов екран" - слой от атмосферата с повишена концентрация на озон, който поглъща ултравиолетовата радиация, която е фатална за организмите.

На височина от 50 до 80-90 км се простира мезосфера.С увеличаване на надморската височина температурата намалява със среден вертикален градиент (0,25-0,3) ° / 100 m, а плътността на въздуха намалява. Основният енергиен процес е излъчването на топлина. Сиянието на атмосферата се причинява от сложни фотохимични процеси, включващи радикали, вибрационно възбудени молекули.

Термосферасе намира на надморска височина от 80-90 до 800 км. Плътността на въздуха тук е минимална, степента на йонизация на въздуха е много висока. Температурата се променя в зависимост от активността на Слънцето. Поради големия брой заредени частици тук се наблюдават сияния и магнитни бури.

Атмосферата е от голямо значение за природата на Земята.Дишането на живите организми е невъзможно без кислород. Неговият озонов слой предпазва всички живи същества от вредните ултравиолетови лъчи. Атмосферата изглажда температурните колебания: земната повърхност не се охлажда през нощта и не се прегрява през деня. В плътни слоеве атмосферен въздух, преди да достигнат повърхността на планетата, метеоритите изгарят от тръни.

Атмосферата взаимодейства с всички черупки на земята. С негова помощ топлината и влагата се обменят между океана и сушата. Без атмосферата нямаше да има облаци, валежи, ветрове.

Човешката икономическа дейност оказва значително неблагоприятно въздействие върху атмосферата. Възниква замърсяване на въздуха, което води до повишаване на концентрацията на въглероден оксид (CO 2). А това допринася за глобалното затопляне и засилва „парниковия ефект“. Озоновият слой на Земята се разрушава поради промишлени и транспортни отпадъци.

Атмосферата се нуждае от защита. В развитите страни се предприемат комплекс от мерки за защита на атмосферния въздух от замърсяване.

Все още имате въпроси? Искате ли да научите повече за атмосферата?
За да получите помощ от преподавател - регистрирайте се.

сайт, с пълно или частично копиране на материала е необходима връзка към източника.

Атмосфера на земята

Атмосфера(от. старогръцкиἀτμός - пара и σφαῖρα - топка) - газчерупка ( геосфера) около планетата Земята... Вътрешната му повърхност покрива хидросфераи частично кора, външната граничи с околоземната част на космическото пространство.

Обикновено се наричат ​​набор от раздели по физика и химия, които изучават атмосферата физика на атмосферата... Атмосферата определя времетона повърхността на земята, изучавайки времето метеорологияи дългосрочни вариации климат - климатология.

Структурата на атмосферата

Структурата на атмосферата

Тропосфера

Горната му граница е на височина 8-10 km в полярните, 10-12 km в умерените и 16-18 km в тропическите ширини; по-ниско през зимата, отколкото през лятото. Долният, основен слой на атмосферата. Съдържа повече от 80% от общата маса на атмосферния въздух и около 90% от всички водни пари в атмосферата. Силно развит в тропосферата турбуленцияи конвекция, възникват облаци, развивайте циклонии антициклони... Температурата намалява с увеличаване на надморската височина със средна вертикала градиент 0,65 ° / 100 м

За „нормални условия“ на земната повърхност се приемат: плътност 1,2 kg/m3, барометрично налягане 101,35 kPa, температура плюс 20°C и относителна влажност 50%. Тези условни показатели са от чисто инженерно значение.

Стратосфера

Слоят на атмосферата, разположен на височина от 11 до 50 км. Характерно е леко изменение на температурата в слоя 11-25 km (долният слой на стратосферата) и повишаването й в слоя 25-40 km от -56,5 до 0,8 ° С(горният слой на стратосферата или областта инверсии). След достигане на стойност от около 273 K (почти 0 ° C) на височина от около 40 km, температурата остава постоянна до височина от около 55 km. Тази област с постоянна температура се нарича стратопаузаи е границата между стратосферата и мезосфера.

Стратопауза

Граничният слой на атмосферата между стратосферата и мезосферата. Вертикалното разпределение на температурата има максимум (около 0 ° C).

мезосферата

Атмосфера на земята

мезосфератазапочва на височина 50 км и се простира до 80-90 км. Температурата намалява с височината със среден вертикален градиент (0,25-0,3) ° / 100 м. Основният енергиен процес е лъчистото топлопредаване. Сложни фотохимични процеси, включващи свободни радикали, вибрационно възбудени молекули и т.н., предизвикват светене на атмосферата.

Мезопауза

Преходен слой между мезосферата и термосферата. Има минимум във вертикалното разпределение на температурата (около -90 ° C).

джобна линия

Височина над морското равнище, която условно се приема за граница между земната атмосфера и космоса.

Термосфера

Основна статия: Термосфера

Горната граница е около 800 км. Температурата се повишава до височини от 200-300 km, където достига стойности от порядъка на 1500 K, след което остава почти постоянна до голяма надморска височина. Под въздействието на ултравиолетова и рентгенова слънчева радиация и космическа радиация възниква йонизация на въздуха (" полярни светлини") - основни области йоносфералежат вътре в термосферата. На височини над 300 км преобладава атомният кислород.

Атмосферни слоеве до височина до 120 км

Екзосфера (кълба на дисперсия)

Екзосфера- зоната на разсейване, външната част на термосферата, разположена над 700 км. Газът в екзосферата е много разреден, а оттам и изтичането на неговите частици в междупланетното пространство ( разсейване).

До височина от 100 km атмосферата е хомогенна, добре смесена смес от газове. В по-високите слоеве разпределението на газовете по височина зависи от тяхната молекулна маса, концентрацията на по-тежките газове намалява по-бързо с отдалечаване от земната повърхност. Поради намаляването на плътността на газовете, температурата пада от 0 ° C в стратосферата до −110 ° C в мезосферата. Въпреки това, кинетичната енергия на отделните частици на височини от 200-250 km съответства на температура от ~ 1500 ° C. Над 200 km се наблюдават значителни колебания в температурата и плътността на газовете във времето и пространството.

На височина около 2000-3000 км екзосферата постепенно преминава в т.нар. близо до космоса вакуум, който е изпълнен със силно разредени частици от междупланетен газ, главно водородни атоми. Но този газ е само част от междупланетната материя. Друга част е изградена от подобни на прах частици от кометен и метеорен произход. Освен изключително разредените прахообразни частици, в това пространство проникват електромагнитни и корпускулярни лъчения от слънчев и галактически произход.

Тропосферата представлява около 80% от масата на атмосферата, стратосферата - около 20%; масата на мезосферата е не повече от 0,3%, термосферата е по-малко от 0,05% от общата маса на атмосферата. Въз основа на електрическите свойства в атмосферата се разграничават неутросферата и йоносферата. В момента се смята, че атмосферата се простира до височина от 2000-3000 км.

В зависимост от състава на газа в атмосферата, хомосфераи хетеросфера. хетеросфера - това е областта, в която гравитацията влияе върху отделянето на газовете, тъй като тяхното смесване на тази височина е незначително. Оттук и променливият състав на хетеросферата. Под него се намира добре смесена, хомогенна част от атмосферата, наречена хомосфера... Границата между тези слоеве се нарича турбопауза, намира се на надморска височина от около 120 км.

Физически свойства

Дебелината на атмосферата е приблизително 2000 - 3000 km от земната повърхност. Обща маса въздух- (5.1-5.3) × 10 18 кг. Моларна масачист сух въздух е 28,966. наляганепри 0°C на морско ниво 101.325 kPa; критична температурат 140,7°С; критично налягане 3,7 MPa; ° С стр 1,0048 × 10 3 J / (kg K) (при 0 ° C), ° С v 0,7159 × 10 3 J / (kg K) (при 0 ° C). Разтворимост на въздуха във вода при 0°C - 0,036%, при 25°C - 0,22%.

Физиологични и други свойства на атмосферата

Необучен човек вече има надморска височина от 5 км кислороден глади без адаптация, човешката производителност е значително намалена. Тук свършва физиологичната зона на атмосферата. Човешкото дишане става невъзможно на височина от 15 км, въпреки че атмосферата съдържа кислород до около 115 км.

Атмосферата ни снабдява с кислорода, от който се нуждаем, за да дишаме. Въпреки това, поради спада на общото налягане на атмосферата, когато тя се издига до надморска височина, парциалното налягане на кислорода също намалява съответно.

Белите дробове на човека постоянно съдържат около 3 литра алвеоларен въздух. Парциално наляганекислород в алвеоларен въздух при нормално атмосферно налягане е 110 mm Hg. чл., налягането на въглеродния диоксид е 40 mm Hg. чл., и водна пара - 47 mm Hg. Изкуство. С увеличаване на надморската височина налягането на кислорода спада, а общото налягане на водните пари и въглеродния диоксид в белите дробове остава почти постоянно - около 87 mm Hg. Изкуство. Притокът на кислород към белите дробове ще спре напълно, когато налягането на околния въздух стане равно на тази стойност.

На височина около 19-20 km атмосферното налягане пада до 47 mm Hg. Изкуство. Следователно на тази височина водата и интерстициалната течност започват да кипят в човешкото тяло. Извън кабината под налягане, на тези височини, смъртта настъпва почти мигновено. По този начин, от гледна точка на човешката физиология, "космосът" започва вече на височина 15-19 км.

Плътните слоеве на въздуха – тропосферата и стратосферата – ни предпазват от вредното въздействие на радиацията. При достатъчно разреждане на въздуха, на надморска височина над 36 km, йонизиращ радиация- първични космически лъчи; на надморска височина над 40 км работи опасната за хората ултравиолетова част от слънчевия спектър.

С издигането на все по-голяма височина над земната повърхност те постепенно отслабват, а след това напълно изчезват, такива познати ни явления, наблюдавани в по-ниските слоеве на атмосферата, като разпространението на звука, появата на аеродинамични повдигаща силаи съпротивление, пренос на топлина конвекцияи т.н.

В разредени слоеве въздух, разпространението звуксе оказва невъзможно. До височини от 60-90 км все още е възможно да се използва съпротивлението и повдигането на въздуха за контролиран аеродинамичен полет. Но като се започне от височини от 100-130 км, концепциите са познати на всеки пилот номера Ми звукова бариерагубят значението си, има условно джобна линиязад който започва сферата на чисто балистичния полет, който може да се управлява само с реактивни сили.

На надморска височина над 100 km атмосферата също няма друго забележително свойство - способността да абсорбира, провежда и пренася топлинна енергия чрез конвекция (т.е. чрез смесване на въздуха). Това означава, че различни елементи от оборудването, оборудването на орбиталната космическа станция няма да могат да се охлаждат отвън, както обикновено се прави на самолет – с помощта на въздушни струи и въздушни радиатори. На тази височина, както и в космоса като цяло, единственият начин за пренос на топлина е топлинно излъчване.

Композиция на атмосферата

Състав на сух въздух

Земната атмосфера се състои главно от газове и различни примеси (прах, водни капчици, ледени кристали, морски соли, продукти от горенето).

Концентрацията на газовете, които изграждат атмосферата, е практически постоянна, с изключение на водата (H 2 O) и въглеродния диоксид (CO 2).

В допълнение към газовете, посочени в таблицата, атмосферата съдържа SO 2, NH 3, CO, озон, въглеводороди, HCl, HF, двойки Hg, I 2 и НЕи много други газове в малки количества. В тропосферата постоянно има голям брой суспендирани твърди и течни частици ( спрей).

Историята на образуването на атмосферата

Според най-разпространената теория земната атмосфера във времето е била в четири различни състава. Първоначално се състои от леки газове ( водороди хелий) заснети от междупланетното пространство. Това е т.нар първична атмосфера(преди около четири милиарда години). На следващия етап активната вулканична дейност доведе до насищане на атмосферата с газове, различни от водород (въглероден диоксид, амоняк, пара). Така се образува вторична атмосфера(преди около три милиарда години). Атмосферата беше възстановителна. Освен това процесът на образуване на атмосферата се определя от следните фактори:

изтичане на леки газове (водород и хелий). междупланетно пространство;

химични реакции в атмосферата под въздействието на ултравиолетова радиация, светкавични разряди и някои други фактори.

Постепенно тези фактори доведоха до образуването третична атмосфера, характеризиращ се с много по-ниско съдържание на водород и много по-високо съдържание на азот и въглероден диоксид (образувани в резултат на химични реакции от амоняк и въглеводороди).

Азот

Образуването на голямо количество N 2 се дължи на окисляването на амонячно-водородната атмосфера с молекулен O 2, който започва да изтича от повърхността на планетата в резултат на фотосинтеза, започвайки от преди 3 милиарда години. Също така, N 2 се освобождава в атмосферата в резултат на денитрификация на нитрати и други азотсъдържащи съединения. Азотът се окислява от озона до NO в горната атмосфера.

Азот N 2 реагира само при определени условия (например по време на удар от мълния). Окисляването на молекулния азот с озон по време на електрически разряди се използва в промишленото производство на азотни торове. Може да се окислява с ниска консумация на енергия и да се превръща в биологично активна форма. цианобактерии (синьо-зелени водорасли)и нодулни бактерии, които образуват ризобиални симбиозас бобови растениярастения, т.нар. сидерати.

Кислород

Съставът на атмосферата започва да се променя радикално с появата на Земята живи организми, като резултат фотосинтезапридружено от освобождаване на кислород и усвояване на въглероден диоксид. Първоначално кислородът се изразходва за окисляване на редуцирани съединения - амоняк, въглеводороди, киселинна форма жлезасъдържащи се в океаните и пр. В края на този етап съдържанието на кислород в атмосферата започва да расте. Постепенно се образува модерна атмосфера с окислителни свойства. Тъй като това предизвика сериозни и драматични промени в много процеси, протичащи в атмосфера, литосфераи биосфера, това събитие беше наречено Кислородна катастрофа.

По време на фанерозойскисъставът на атмосферата и съдържанието на кислород претърпяха промени. Те корелират предимно със скоростта на отлагане на органични седиментни скали. По този начин, по време на периоди на натрупване на въглища, съдържанието на кислород в атмосферата очевидно значително надвишава текущото ниво.

Въглероден двуокис

Съдържанието на CO 2 в атмосферата зависи от вулканичната активност и химичните процеси в земните черупки, но най-вече от интензивността на биосинтеза и разлагането на органичната материя в биосфера От земята... Почти цялата текуща биомаса на планетата (около 2,4 × 10 12 тона ) се образува поради въглеродния диоксид, азота и водните пари, съдържащи се в атмосферния въздух. Погребан в океан, v блатаи в гориорганичното се превръща в въглища, маслои природен газ... (см. Геохимичен цикъл на въглерода)

Благородни газове

Източник на инертни газове - аргон, хелийи криптон- вулканични изригвания и разпад на радиоактивни елементи. Земята като цяло и атмосферата в частност са изчерпани с инертни газове в сравнение с космоса. Смята се, че причината за това се крие в непрекъснатото изтичане на газове в междупланетното пространство.

Замърсяване на въздуха

Напоследък еволюцията на атмосферата започва да се влияе от човек... Резултатът от неговата дейност е постоянно значително увеличаване на съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата поради изгарянето на въглеводородни горива, натрупани в предишни геоложки ери. Огромни количества CO 2 се консумират по време на фотосинтезата и се абсорбират от световните океани. Този газ навлиза в атмосферата поради разлагането на карбонатни скали и органични вещества от растителен и животински произход, както и поради вулканизъм и човешки производствени дейности. През последните 100 години съдържанието на CO 2 в атмосферата се е увеличило с 10%, като основната част (360 милиарда тона) идва от изгарянето на гориво. Ако темпът на нарастване на изгарянето на гориво продължи, то през следващите 50-60 години количеството CO2 в атмосферата ще се удвои и може да доведе до глобалното изменение на климата.

Изгарянето на гориво е основният източник на замърсяващи газове ( CO, НЕ, ТАКА 2 ). Серният диоксид се окислява от атмосферния кислород до ТАКА 3 в горните слоеве на атмосферата, което от своя страна взаимодейства с водни и амонячни пари и получените сярна киселина (H 2 ТАКА 4 ) и амониев сулфат ((NH 4 ) 2 ТАКА 4 ) връщане на повърхността на Земята под формата на т.нар. киселинен дъжд. Използване Двигатели с вътрешно гореневоди до значително замърсяване на атмосферата с азотни оксиди, въглеводороди и оловни съединения ( тетраетил олово Pb (CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Аерозолното замърсяване на атмосферата се причинява както от естествени причини (вулканични изригвания, прашни бури, пренасяне на капчици от морска вода и растителен прашец и др.), така и от човешка икономическа дейност (добив на руди и строителни материали, изгаряне на гориво, производство на цимент и др.). Интензивното широкомащабно отстраняване на твърди частици в атмосферата е една от възможните причини за изменението на климата на планетата.

На морско ниво, 1013,25 hPa (около 760 mm Hg). Средната глобална температура на въздуха на земната повърхност е 15°C, докато температурата варира от около 57°C в субтропичните пустини до -89°C в Антарктида. Плътността на въздуха и налягането намаляват с височината по закон, близък до експоненциален.

Структурата на атмосферата... Вертикално атмосферата има слоеста структура, която се определя главно от особеностите на вертикалното разпределение на температурата (фигура), което зависи от географското местоположение, сезона, времето на деня и т.н. Долният слой на атмосферата - тропосферата - се характеризира с спад на температурата с височина (с около 6 ° C на 1 km), височината му е от 8-10 km в полярните ширини до 16-18 km в тропиците. Поради бързото намаляване на плътността на въздуха с височината около 80% от общата маса на атмосферата е в тропосферата. Над тропосферата е стратосферата - слой, който обикновено се характеризира с повишаване на температурата с височина. Преходният слой между тропосферата и стратосферата се нарича тропопауза. В долната стратосфера, до ниво от около 20 km, температурата се променя слабо с височината (т.нар. изотермична област) и често дори леко намалява. По-горе температурата се повишава поради поглъщането на UV лъчение от Слънцето от озона, отначало бавно, а от ниво от 34-36 km - по-бързо. Горната граница на стратосферата - стратопаузата - се намира на височина 50-55 km, съответстваща на максималната температура (260-270 K). Слоят на атмосферата, разположен на височина 55-85 км, където температурата отново пада с надморска височина, се нарича мезосфера, на горната й граница - мезопаузата - температурата достига 150-160 К през лятото, а 200- 230 К през зимата. Над мезопаузата започва термосферата - слой, характеризиращ се с бързо повишаване на температурата, достигаща на височина 250 км 800-1200 К. Термосферата поглъща корпускулярно и рентгеново лъчение от Слънцето, забавя и изгаря метеори, следователно изпълнява функцията на защитен слой на Земята. Още по-високо е екзосферата, откъдето атмосферните газове се разпръскват в световното пространство поради разсейване и където има постепенен преход от атмосферата към междупланетното пространство.

Композиция на атмосферата... До височина от около 100 km атмосферата е практически хомогенна по химичен състав и средното молекулно тегло на въздуха (около 29) е постоянно в нея. Близо до повърхността на Земята атмосферата се състои от азот (около 78,1% по обем) и кислород (около 20,9%), а също така съдържа малки количества аргон, въглероден диоксид (въглероден диоксид), неон и други постоянни и променливи компоненти (вижте Въздух ).

Освен това атмосферата съдържа малки количества озон, азотни оксиди, амоняк, радон и др. Относителното съдържание на основните съставки на въздуха е постоянно във времето и еднакво в различните географски региони. Съдържанието на водна пара и озон е променливо в пространството и времето; въпреки ниското им съдържание, ролята им в атмосферните процеси е много значима.

Над 100-110 km молекулите на кислорода, въглеродния диоксид и водните пари се дисоциират, така че молекулната маса на въздуха намалява. На височина около 1000 км започват да доминират леките газове – хелий и водород, а дори по-високо, земната атмосфера постепенно се превръща в междупланетен газ.

Най-важният променлив компонент на атмосферата е водната пара, която се отделя в атмосферата чрез изпаряване от повърхността на водата и влажната почва, както и чрез транспирация от растенията. Относителното съдържание на водна пара в близост до земната повърхност варира от 2,6% в тропиците до 0,2% на полярните ширини. С височината той бързо пада, намалявайки наполовина вече на височина от 1,5-2 км. Вертикалната колона на атмосферата в умерените ширини съдържа около 1,7 см "утаен воден слой". При кондензиране на водните пари се образуват облаци, от които падат атмосферни валежи под формата на дъжд, градушка, сняг.

Важен компонент на атмосферния въздух е озонът, който е концентриран 90% в стратосферата (между 10 и 50 км), около 10% от него е в тропосферата. Озонът осигурява поглъщането на твърдо UV лъчение (с дължина на вълната под 290 nm) и това е неговата защитна роля за биосферата. Стойностите на общото съдържание на озон варират в зависимост от географската ширина и сезона в диапазона от 0,22 до 0,45 cm (дебелината на озоновия слой при налягане p = 1 atm и температура T = 0 ° C). В озоновите дупки, наблюдавани през пролетта в Антарктида от началото на 80-те години на миналия век, съдържанието на озон може да спадне до 0,07 cm. То се увеличава от екватора до полюсите и има годишна вариация с максимум през пролетта и минимум през есента и амплитуда на годишните колебания са малки в тропиците и нараства към високите географски ширини. Съществен променлив компонент на атмосферата е въглеродният диоксид, чието съдържание в атмосферата се е увеличило с 35% през последните 200 години, което се обяснява основно с антропогенен фактор. Наблюдава се неговата географска и сезонна изменчивост, свързана с фотосинтезата на растенията и разтворимостта в морската вода (според закона на Хенри разтворимостта на газа във вода намалява с повишаване на температурата му).

Важна роля във формирането на климата на планетата играе атмосферният аерозол - твърди и течни частици, суспендирани във въздуха, с размери от няколко nm до десетки микрона. Различават се аерозоли от естествен и антропогенен произход. Аерозолът се образува в процеса на газофазни реакции от отпадните продукти на растенията и човешката стопанска дейност, вулканични изригвания, в резултат на издигането на прах от вятъра от повърхността на планетата, особено от нейните пустинни райони, и се образува и от космически прах, който попада в горните слоеве на атмосферата. По-голямата част от аерозола е съсредоточена в тропосферата; аерозолът от вулканични изригвания образува така наречения слой Юнге на височина от около 20 km. Най-голямо количество антропогенен аерозол навлиза в атмосферата в резултат на работата на превозни средства и топлоелектрически централи, химическо производство, изгаряне на гориво и др. Следователно в някои региони съставът на атмосферата се различава значително от обикновения въздух, което изисква създаване на специална служба за наблюдение и наблюдение на нивото на замърсяване на атмосферния въздух.

Еволюция на атмосферата... Съвременната атмосфера очевидно има вторичен произход: образувала се е от газове, отделени от твърдата обвивка на Земята след завършването на формирането на планетата преди около 4,5 милиарда години. През геоложката история на Земята атмосферата претърпява значителни промени в състава си под влияние на редица фактори: разсейване (изпаряване) на газове, предимно по-леки, в космическото пространство; отделяне на газове от литосферата в резултат на вулканична дейност; химични реакции между компонентите на атмосферата и скалите, които изграждат земната кора; фотохимични реакции в самата атмосфера под въздействието на слънчева UV радиация; натрупване (улавяне) на материя от междупланетната среда (например метеорна материя). Развитието на атмосферата е тясно свързано с геоложки и геохимични процеси, а през последните 3-4 милиарда години и с дейността на биосферата. Значителна част от газовете, които съставляват съвременната атмосфера (азот, въглероден диоксид, водна пара), са възникнали в хода на вулканична дейност и проникване, което ги е извършило от дълбините на Земята. Кислородът се появи в забележими количества преди около 2 милиарда години в резултат на дейността на фотосинтезиращи организми, които първоначално произлизат от повърхностните води на океана.

Въз основа на данните за химичния състав на карбонатните находища са получени оценки за количеството въглероден диоксид и кислород в атмосферата от геоложкото минало. През целия фанерозой (последните 570 милиона години от историята на Земята) количеството въглероден диоксид в атмосферата варира значително в зависимост от нивото на вулканична активност, температурата на океана и нивото на фотосинтеза. През по-голямата част от това време концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата беше значително по-висока от днешната (до 10 пъти). Количеството кислород във фанерозойската атмосфера се промени значително и преобладава тенденцията за увеличаване. В докамбрийската атмосфера масата на въглеродния диоксид като правило беше по-голяма, а масата на кислорода - по-малка, отколкото във фанерозойската атмосфера. Колебанията в количеството въглероден диоксид в миналото оказаха значително влияние върху климата, засилвайки парниковия ефект с увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид, поради което климатът през основната част от фанерозоя беше много по-топъл, отколкото през съвременна епоха.

Атмосфера и живот... Без атмосфера Земята би била мъртва планета. Органичният живот протича в тясно взаимодействие с атмосферата и свързания с нея климат и време. Малка по маса в сравнение с планетата като цяло (около една милионна част), атмосферата е задължително условие за всички форми на живот. Кислородът, азотът, водните пари, въглеродният диоксид, озонът са от най-голямо значение за жизнената дейност на организмите. Когато въглеродният диоксид се абсорбира от фотосинтезиращи растения, се създава органична материя, която се използва като източник на енергия от огромното мнозинство живи същества, включително хората. Кислородът е необходим за съществуването на аеробни организми, за които потокът на енергия се осигурява от реакциите на окисление на органичната материя. Азотът, усвоен от някои микроорганизми (азотофиксатори), е необходим за минералното хранене на растенията. Озонът, който поглъща твърдото UV лъчение на Слънцето, значително намалява тази вредна част от слънчевата радиация, която е вредна за живота. Кондензацията на водни пари в атмосферата, образуването на облаци и последващото утаяване на атмосферни валежи доставят вода на сушата, без която не са възможни форми на живот. Жизнената активност на организмите в хидросферата до голяма степен се определя от количеството и химичния състав на атмосферните газове, разтворени във вода. Тъй като химичният състав на атмосферата зависи значително от дейността на организмите, биосферата и атмосферата могат да се разглеждат като част от единна система, чието поддържане и еволюция (виж Биогеохимични цикли) е от голямо значение за промяна на състава на атмосферата през цялата история на Земята като планета.

Радиационен, топлинен и воден баланс на атмосферата... Слънчевата радиация е практически единственият източник на енергия за всички физически процеси в атмосферата. Основната характеристика на радиационния режим на атмосферата е така нареченият парников ефект: атмосферата предава слънчевата радиация на земната повърхност доста добре, но активно поглъща дълговълнова топлинна радиация от земната повърхност, част от която се връща на повърхността под формата на противорадиация, която компенсира радиационните топлинни загуби от земната повърхност (виж Атмосферна радиация). При липса на атмосфера средната температура на земната повърхност би била -18°C, в действителност е 15°C. Входящата слънчева радиация частично (около 20%) се абсорбира в атмосферата (главно от водни пари, водни капчици, въглероден диоксид, озон и аерозоли), а също така се разсейва (около 7%) от аерозолни частици и флуктуации на плътността (разсейване на Рейли ). Общата радиация, достигаща до земната повърхност, се отразява частично (около 23%) от нея. Коефициентът на отражение се определя от отразяващата способност на подлежащата повърхност, така нареченото албедо. Средно албедото на Земята за интегралния поток на слънчева радиация е близо до 30%. Тя варира от няколко процента (суха почва и чернозем) до 70-90% за току-що паднал сняг. Радиационният топлообмен между земната повърхност и атмосферата зависи значително от албедото и се определя от ефективното излъчване на земната повърхност и поглъщаното от нея противолъчение на атмосферата. Алгебричната сума от радиационните потоци, влизащи в земната атмосфера от космоса и напускащи я обратно, се нарича радиационен баланс.

Трансформациите на слънчевата радиация след поглъщането й от атмосферата и земната повърхност определят топлинния баланс на Земята като планета. Основният източник на топлина за атмосферата е земната повърхност; топлината от него се предава не само под формата на дълговълново излъчване, но и чрез конвекция, а също така се отделя при кондензация на водна пара. Делът на тези топлинни потоци е средно съответно 20%, 7% и 23%. Това също добавя около 20% от топлината поради поглъщането на директна слънчева радиация. Потокът на слънчевата радиация за единица време през единица площ, перпендикулярна на слънчевите лъчи и разположена извън атмосферата на средно разстояние от Земята до Слънцето (т.нар. слънчева константа) е 1367 W / m2, промените са 1– 2 W / m2, в зависимост от цикъла на слънчева активност. При планетарно албедо от около 30%, средният по време глобален приток на слънчева енергия към планетата е 239 W / m2. Тъй като Земята като планета излъчва в космоса средно същото количество енергия, тогава, според закона на Стефан-Болцман, ефективната температура на изходящото топлинно дълговълново лъчение е 255 K (-18 ° C). В същото време средната температура на земната повърхност е 15 ° C. Разликата от 33°C се дължи на парниковия ефект.

Водният баланс на атмосферата като цяло съответства на равенството на количеството влага, изпарена от земната повърхност и количеството на валежите, падащи върху земната повърхност. Атмосферата над океаните получава повече влага от процесите на изпаряване, отколкото над сушата, и губи 90% под формата на валежи. Излишната водна пара над океаните се пренася към континентите чрез въздушни течения. Количеството водна пара, транспортирана в атмосферата от океаните към континентите, е равно на обема на реките, вливащи се в океаните.

Движение на въздуха... Земята има сферична форма, така че много по-малко слънчева радиация идва на високите й географски ширини, отколкото в тропиците. В резултат на това възникват големи температурни контрасти между географските ширини. Разпределението на температурата също е значително повлияно от относителното положение на океаните и континентите. Поради голямата маса на океанските води и високия топлинен капацитет на водата, сезонните колебания в температурата на повърхността на океана са много по-малки от тези на сушата. В тази връзка в средните и високите географски ширини температурата на въздуха над океаните е забележимо по-ниска през лятото, отколкото над континентите, и по-висока през зимата.

Неравномерното нагряване на атмосферата в различните региони на земното кълбо причинява неравномерно пространствено разпределение на атмосферното налягане. На морското равнище разпределението на налягането се характеризира с относително ниски стойности в близост до екватора, увеличаване на субтропиците (пояси с високо налягане) и намаляване в средните и високите ширини. В същото време над континентите на извънтропичните ширини налягането обикновено се повишава през зимата и намалява през лятото, което е свързано с разпределението на температурата. Под въздействието на градиент на налягането въздухът изпитва ускорение от области с високо налягане към зони с ниско налягане, което води до движение на въздушните маси. Движещите се въздушни маси също се влияят от отклоняващата сила на въртенето на Земята (силата на Кориолис), сила на триене, която намалява с височината и с криволинейни траектории, и центробежна сила. Турбулентното смесване на въздуха е от голямо значение (виж Турбулентност в атмосферата).

Сложна система от въздушни течения (обща циркулация на атмосферата) е свързана с планетарното разпределение на налягането. В меридионалната равнина се проследяват средно две или три клетки на меридионална циркулация. Близо до екватора нагретият въздух се издига и спуска в субтропиците, образувайки клетката на Хадли. На същото място въздухът на връщащата клетка на Ferrell се понижава. На високи географски ширини често се проследява права полярна клетка. Меридионалните скорости на циркулация са от порядъка на 1 m/s или по-малко. Поради действието на силата на Кориолис, в по-голямата част от атмосферата се наблюдават западни ветрове със скорости в средната тропосфера около 15 m/s. Има относително стабилни вятърни системи. Те включват пасатите - ветрове, духащи от пояси на високо налягане в субтропиците към екватора със забележим източен компонент (от изток на запад). Мусоните са доста стабилни - въздушни течения, които имат ясно изразен сезонен характер: те духат от океана към сушата през лятото и в обратна посока през зимата. Мусоните на Индийския океан са особено редовни. В средните ширини движението на въздушните маси е предимно западно (от запад на изток). Това е зона от атмосферни фронтове, върху която възникват големи вихри - циклони и антициклони, покриващи много стотици и дори хиляди километри. Циклони се срещат и в тропиците; тук те са по-малки, но много високи скорости на вятъра, достигащи ураганна сила (33 m/s и повече), така наречените тропически циклони. В Атлантическия и източната част на Тихия океан те се наричат ​​урагани, а в западната част на Тихия океан се наричат ​​​​тайфуни. В горната тропосфера и долната стратосфера, в областите, разделящи директната меридионална циркулационна клетка на Хадли и обратната клетка на Ферел, често се наблюдават сравнително тесни, широки стотици километри, струйни течения с рязко очертани граници, в рамките на които вятърът достига 100-150 и дори 200 м / с.

Климат и време... Разликата в количеството слънчева радиация, пристигаща на различни географски ширини до земната повърхност с различни физически свойства, определя разнообразието на земния климат. От екватора до тропическите ширини температурата на въздуха близо до земната повърхност е средно 25-30 ° C и варира слабо през цялата година. В екваториалната зона обикновено има много валежи, което създава условия за прекомерна влага там. В тропическите зони количеството на валежите намалява и в някои райони става много ниско. Тук се намират огромните пустини на Земята.

В субтропичните и средните ширини температурата на въздуха се променя значително през цялата година, а разликата между температурите през лятото и зимата е особено голяма в райони на континенти, далеч от океаните. Така в някои райони на Източен Сибир годишната амплитуда на температурата на въздуха достига 65 ° C. Условията на овлажняване на тези ширини са много разнообразни, зависят главно от общия режим на атмосферната циркулация и варират значително от година на година.

В полярните ширини температурата остава ниска през цялата година, дори ако има забележими сезонни колебания. Това допринася за широкото разпространение на ледената покривка в океаните и сушата и вечната замръзнала земя, които заемат над 65% от нейната площ в Русия, главно в Сибир.

През последните десетилетия промените в глобалния климат стават все по-забележими. Температурите се повишават повече на високи ширини, отколкото на ниски; повече през зимата, отколкото през лятото; повече през нощта, отколкото през деня. През 20-ти век средната годишна температура на въздуха близо до земната повърхност в Русия се е увеличила с 1,5-2 ° C, а в някои райони на Сибир има увеличение с няколко градуса. Това е свързано с увеличаване на парниковия ефект поради увеличаване на концентрацията на следи от газове.

Времето се определя от условията на атмосферната циркулация и географското разположение на терена, най-стабилно е в тропиците и най-променливо в средните и високите ширини. Най-вече времето се променя в зоните на изменение на въздушните маси, причинени от преминаването на атмосферни фронтове, циклони и антициклони, носещи валежи и усилен вятър. Данните за прогнозиране на времето се събират от наземни метеорологични станции, кораби и самолети от метеорологични спътници. Вижте също Метеорология.

Оптични, акустични и електрически явления в атмосферата... С разпространението на електромагнитно лъчение в атмосферата в резултат на пречупване, поглъщане и разсейване на светлината във въздуха и различни частици (аерозоли, ледени кристали, водни капчици) възникват различни оптични явления: дъги, корони, ореоли, мираж и др. Разсейването на светлината определя видимата височина на небето и синьото небе. Обхватът на видимост на обектите се определя от условията на разпространение на светлината в атмосферата (вижте Атмосферна видимост). Комуникационният обхват и възможността за откриване на обекти чрез инструменти, включително възможността за астрономически наблюдения от земната повърхност, зависят от прозрачността на атмосферата при различни дължини на вълната. Феноменът здрач играе важна роля в изследванията на оптичните нехомогенности в стратосферата и мезосферата. Например, фотографирането на здрач от космически кораб прави възможно откриването на аерозолни слоеве. Особеностите на разпространението на електромагнитното лъчение в атмосферата определят точността на методите за дистанционно наблюдение на неговите параметри. Всички тези въпроси, както и много други, се изучават от атмосферната оптика. Пречупването и разсейването на радиовълните определят възможностите за радиоприемане (вижте Разпространение на радиовълни).

Разпространението на звука в атмосферата зависи от пространственото разпределение на температурата и скоростта на вятъра (вижте Атмосферна акустика). Представлява интерес за дистанционно наблюдение на атмосферата. Експлозиите на заряди, изстреляни от ракети в горните слоеве на атмосферата, предоставиха богата информация за ветровите системи и хода на температурата в стратосферата и мезосферата. В стабилно стратифицирана атмосфера, когато температурата намалява с надморска височина по-бавно от адиабатния градиент (9,8 K/km), възникват така наречените вътрешни вълни. Тези вълни могат да се движат нагоре в стратосферата и дори в мезосферата, където отслабват, допринасяйки за увеличаване на вятъра и турбуленцията.

Отрицателният заряд на Земята и полученото електрическо поле, атмосферата, заедно с електрически заредената йоносфера и магнитосфера, създават глобална електрическа верига. Образуването на облаци и гръмотевично електричество играе важна роля за това. Опасността от мълниеносни разряди предизвика необходимостта от разработване на методи за мълниезащита на сгради, конструкции, електропроводи и комуникации. Това явление е особено опасно за авиацията. Светкавичните разряди причиняват атмосферни радиосмущения, наречени атмосферни (вижте свистящи атмосфери). При рязко увеличаване на силата на електрическото поле се наблюдават светещи разряди, които възникват в точките и острите ъгли на предмети, стърчащи над земната повърхност, на отделни върхове в планините и др. (Елма светлини). Атмосферата винаги съдържа, в зависимост от конкретните условия, количеството леки и тежки йони, които определят електрическата проводимост на атмосферата. Основните йонизатори на въздуха в близост до земната повърхност са излъчването на радиоактивни вещества, съдържащи се в земната кора и атмосферата, както и космическите лъчи. Вижте също Атмосферно електричество.

Човешкото влияние върху атмосферата.През последните векове се наблюдава увеличаване на концентрацията на парникови газове в атмосферата поради човешката дейност. Процентът на въглероден диоксид се е увеличил от 2,8-10 2 преди двеста години до 3,8-10 2 през 2005 г., съдържанието на метан - от 0,7-10 1 преди около 300-400 години до 1,8-10 -4 в началото на 21-ви век; Около 20% от увеличаването на парниковия ефект през миналия век се дължи на фреоните, които на практика отсъстваха в атмосферата до средата на 20-ти век. Тези вещества са признати като разрушители на стратосферния озон и тяхното производство е забранено от Монреалския протокол от 1987 г. Повишаването на концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата се причинява от изгарянето на все по-големи количества въглища, нефт, газ и други видове въглеродни горива, както и обезлесяването, в резултат на което усвояването на въглероден диоксид чрез фотосинтеза намалява. Концентрацията на метан нараства с нарастването на производството на нефт и газ (поради загубите му), както и с разширяването на оризовите култури и увеличаването на броя на добитъка. Всичко това допринася за затоплянето на климата.

Разработени са методи за активно въздействие върху атмосферните процеси за промяна на времето. Използват се за защита на селскостопанските растения от градушка чрез разпръскване на специални реагенти в гръмотевични облаци. Съществуват и методи за разпръскване на мъгла по летищата, защита на растенията от замръзване, въздействие върху облаците за увеличаване на валежите на правилните места или за разсейване на облаците по време на масови събития.

Проучване на атмосферата... Информация за физическите процеси в атмосферата се получава предимно от метеорологични наблюдения, които се извършват от глобална мрежа от постоянни метеорологични станции и постове, разположени на всички континенти и на много острови. Ежедневните наблюдения дават информация за температурата и влажността на въздуха, атмосферното налягане и валежите, облачността, вятъра и др. Наблюденията на слънчевата радиация и нейните трансформации се извършват в актинометрични станции. От голямо значение за изследването на атмосферата са мрежите от аерологични станции, на които се извършват метеорологични измервания с радиозонди до височина 30-35 km. Редица станции наблюдават атмосферния озон, електрическите явления в атмосферата и химичния състав на въздуха.

Данните на наземните станции се допълват от наблюдения върху океаните, където „корабите за времето“ работят постоянно в определени райони на Световния океан, както и метеорологична информация, получена от изследователски и други плавателни съдове.

Все по-голямо количество информация за атмосферата през последните десетилетия се получава с помощта на метеорологични спътници, които са оборудвани с инструменти за фотографиране на облаци и измерване на потоци от ултравиолетова, инфрачервена и микровълнова радиация от Слънцето. Сателитите позволяват да се получи информация за вертикалните профили на температурата, облачността и нейното водно съдържание, елементите на радиационния баланс на атмосферата, температурата на повърхността на океана и др. С помощта на спътници стана възможно да се изясни стойността на слънчевата константа и планетарното албедо на Земята, да се изградят карти на радиационния баланс на системата Земя-атмосфера, да се измери съдържанието и променливостта на следи от атмосферни примеси, да се решават много други проблеми на атмосферната физика и мониторинга на околната среда.

Литература: Будико М. И. Климатът в миналото и бъдещето. Л., 1980; Матвеев Л.Т. Курс по обща метеорология. Физика на атмосферата. 2-ро изд. Л., 1984; Budyko M.I., Ronov A.B., Yanshin A.L. История на атмосферата. Л., 1985; Хргян А. Х. Физика на атмосферата. М., 1986; Атмосфера: Наръчник. Л., 1991; Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. 5-то изд. М., 2001г.

Г. С. Голицин, Н. А. Зайцева.

Структурата и съставът на земната атмосфера, трябва да се каже, не винаги са били постоянни стойности в един или друг момент в развитието на нашата планета. Днес вертикалната структура на този елемент, която има обща "дебелина" от 1,5-2,0 хиляди км, е представена от няколко основни слоя, включително:

1. Тропосфера.
2. Тропопауза.
3. Стратосфера.
4. Стратопауза.
5. Мезосфера и мезопауза.
6. Термосфера.
7. Екзосфера.

Основни елементи на атмосферата

Тропосферата е слой, в който се наблюдават силни вертикални и хоризонтални движения, тук се формират времето, седиментните явления и климатичните условия. Той се простира на 7-8 километра от повърхността на планетата почти навсякъде, с изключение на полярните райони (там - до 15 км). В тропосферата се наблюдава постепенно намаляване на температурата с приблизително 6,4 ° C с всеки километър надморска височина. Тази цифра може да се различава за различните географски ширини и сезони.

Съставът на земната атмосфера в тази част е представен от следните елементи и техните проценти:

Азот - около 78 процента;

Кислород - почти 21 процента;

Аргон - около един процент;

Въглероден диоксид - по-малко от 0,05%.

Единичен влак до надморска височина от 90 километра

Освен това тук можете да намерите прах, водни капчици, водна пара, продукти от горенето, ледени кристали, морски соли, много аерозолни частици и др. в тропосферата, но и в горните слоеве. Но атмосферата там има коренно различни физически свойства. Слоят, който има общ химичен състав, се нарича хомосфера.

Какви други елементи са включени в земната атмосфера? Като процент (по обем, в сух въздух) такива газове като криптон (около 1,14 x 10 -4), ксенон (8,7 x 10 -7), водород (5,0 x 10 -5), метан (около 1,7 x 10 -4 ), азотен оксид (5,0 х 10 -5) и др. Като процент от теглото на изброените компоненти повечето от изброените компоненти са азотен оксид и водород, следвани от хелий, криптон и др.

Физически свойства на различни атмосферни слоеве

Физическите свойства на тропосферата са тясно свързани с нейното прилепване към повърхността на планетата. Оттук отразената слънчева топлина под формата на инфрачервени лъчи се насочва обратно нагоре, включително процесите на топлопроводимост и конвекция. Ето защо температурата пада с отдалечаване от земната повърхност. Това явление се наблюдава до височината на стратосферата (11-17 километра), след това температурата остава практически непроменена до 34-35 km, а след това температурата отново се повишава до височини от 50 километра (горната граница на стратосферата) . Между стратосферата и тропосферата има тънък междинен слой на тропопаузата (до 1-2 km), където се наблюдават постоянни температури над екватора - около минус 70 ° C и по-долу. Над полюсите тропопаузата се "загрява" през лятото до минус 45 ° С, през зимата температурите тук се колебаят около -65 ° С.

Газовият състав на земната атмосфера включва такъв важен елемент като озон. Той е сравнително малък близо до повърхността (десет до минус шеста степен на процент), тъй като газът се образува под въздействието на слънчева светлина от атомен кислород в горните части на атмосферата. По-специално, по-голямата част от озона е на височина от около 25 км, а целият "озонов екран" е разположен в области от 7-8 км в областта на полюса, от 18 км на екватора и до петдесет километра общо над повърхността на планетата.

Атмосферата предпазва от слънчева радиация

Съставът на въздуха на земната атмосфера играе много важна роля за опазването на живота, тъй като отделни химични елементи и състави успешно ограничават достъпа на слънчевата радиация до земната повърхност и живеещите на нея хора, животни и растения. Например, молекулите на водната пара ефективно абсорбират почти всички инфрачервени диапазони, с изключение на дължини в диапазона от 8 до 13 микрона. Озонът абсорбира ултравиолетова светлина до дължина на вълната 3100 A. Без тънкия си слой (той ще бъде средно само 3 mm, ако се намира на повърхността на планетата), само води на дълбочина над 10 метра и под земята пещери, до които слънчевата радиация не достига, могат да бъдат обитавани...

Нула по Целзий в стратопауза

Между следващите две нива на атмосферата, стратосферата и мезосферата, има забележителен слой – стратопаузата. Приблизително съответства на височината на озоновите максимуми и има относително комфортна температура за хората - около 0 ° C. Над стратопаузата, в мезосферата (започва някъде на височина 50 km и завършва на височина 80-90 km), отново има спад на температурите с увеличаване на разстоянието от земната повърхност (до минус 70-80 km). ° С). В мезосферата метеорите обикновено изгарят напълно.

В термосферата - плюс 2000 К!

Химичният състав на земната атмосфера в термосферата (започва след мезопаузата от височини от около 85-90 до 800 km) определя възможността за такова явление като постепенното нагряване на слоеве от много разреден "въздух" под въздействието на слънчевите лъчи. радиация. В тази част от "въздушния воал" на планетата се срещат температури от 200 до 2000 К, които се получават във връзка с йонизацията на кислорода (атомният кислород се намира над 300 km), както и рекомбинацията на кислородните атоми в молекули, придружено от отделяне на голямо количество топлина. Термосферата е източникът на сиянието.

Над термосферата се намира екзосферата – външният слой на атмосферата, от който светлината и бързо движещите се водородни атоми могат да избягат в космоса. Химичният състав на земната атмосфера тук е представен повече от отделни кислородни атоми в долните слоеве, хелиеви атоми в средните и почти изключително от водородни атоми в горните. Тук преобладават високи температури - около 3000 К и няма атмосферно налягане.

Как се е образувала земната атмосфера?

Но, както бе споменато по-горе, планетата не винаги е имала такъв състав на атмосферата. Общо има три концепции за произхода на този елемент. Първата хипотеза предполага, че атмосферата е взета от протопланетен облак по време на акреция. Днес обаче тази теория подлежи на значителна критика, тъй като такава първична атмосфера е трябвало да бъде унищожена от слънчевия „вятър“ от слънцето в нашата планетарна система. Освен това се предполага, че летливите елементи не могат да останат в зоната на формиране на земните планети поради твърде високи температури.

Съставът на първичната атмосфера на Земята, както предполага втората хипотеза, би могъл да се формира поради активното бомбардиране на повърхността от астероиди и комети, пристигнали от околностите на Слънчевата система в ранните етапи на развитие. Потвърждаването или опровергаването на тази концепция е достатъчно трудно.

Експериментирайте в IDG RAS

Най-правдоподобна е третата хипотеза, която смята, че атмосферата се е появила в резултат на отделянето на газове от мантията на земната кора преди около 4 милиарда години. Тази концепция беше проверена в IDG RAS по време на експеримент, наречен Царев 2, когато проба от метеорен материал беше нагрята във вакуум. Тогава е регистрирано отделянето на газове като H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 и т. н. Ето защо учените с право приемат, че химическият състав на първичната атмосфера на Земята включва вода и въглероден диоксид, пари на флуороводород (HF), газ въглероден оксид (CO), сероводород (H 2 S), азотни съединения, водород, метан (CH 4), амонячни пари (NH 3), аргон и др. Водни пари от първичната атмосфера участва в образуването на хидросферата, въглеродният диоксид се появява в по-голяма степен в свързано състояние в органичната материя и скалите, азотът преминава в състава на съвременния въздух, а също и отново в седиментните скали и органичната материя.

Съставът на първичната атмосфера на Земята не би позволил на съвременните хора да бъдат в нея без дихателни апарати, тъй като по това време нямаше кислород в необходимите количества. Смята се, че този елемент се е появил в значителни обеми преди милиард и половина години във връзка с развитието на процеса на фотосинтеза в синьо-зелените и други водорасли, които са най-древните жители на нашата планета.

Кислород минимум

Фактът, че съставът на земната атмосфера първоначално е бил почти аноксичен, се посочва от факта, че в най-древните (катарчийски) скали се намира лесно окислен, но не окислен графит (въглерод). Впоследствие се появяват така наречените лентови железни руди, които включват слоеве от обогатени железни оксиди, което означава появата на планетата на мощен източник на кислород в молекулярна форма. Но тези елементи се срещат само периодично (може би същите водорасли или други производители на кислород се появяват като малки острови в аноксичната пустиня), докато останалата част от света е анаеробна. Последното се подкрепя от факта, че лесно окисляемият пирит е открит под формата на обработени от потока камъчета без следи от химични реакции. Тъй като течащите води не могат да бъдат лошо аерирани, се твърди, че атмосферата преди ранния камбрий съдържаше по-малко от един процент кислород от днешния състав.

Революционна промяна в състава на въздуха

Приблизително в средата на протерозоя (преди 1,8 милиарда години) се случва „кислородна революция“, когато светът преминава към аеробно дишане, по време на което 38 могат да бъдат получени от една хранителна молекула (глюкоза), а не две (както при анаеробно дишане) енергийни единици. Съставът на земната атмосфера по отношение на кислорода започна да надвишава един процент от настоящия, започна да се появява озонов слой, предпазващ организмите от радиация. Именно от нея древните животни като трилобитите са се „крили“ под дебели черупки. Оттогава и до нашето време съдържанието на основния "дихателен" елемент постепенно и бавно се увеличава, осигурявайки разнообразно развитие на формите на живот на планетата.