7/10 бет

Жер атмосферасындағы оттегі.

Оттегі біздің планетамыздың өмірінде өте маңызды рөл атқарады.Оны тірі организмдер тыныс алу үшін пайдаланады, ол органикалық заттардың (ақуыздар, майлар, көмірсулар) құрамына кіреді. Атмосфераның озон қабаты (O 3) тіршілік тіршілігіне қауіпті күн радиациясын ұстайды.

Жер атмосферасының құрамындағы оттегінің мөлшері шамамен 21% құрайды.Бұл атмосферада азоттан кейінгі екінші ең көп таралған газ. Атмосферада ол O 2 молекулалары түрінде болады. Бірақ атмосфераның жоғарғы қабатында оттегі атомдарға ыдырайды (диссоциациялану процесі), ал шамамен 200 км биіктікте атомдық оттегінің молекулалық оттегіге қатынасы шамамен 1:10 болады.

Озон (O 3) күн радиациясының әсерінен Жер атмосферасының жоғарғы қабаттарында түзіледі.Атмосфераның озон қабаты тірі организмдерді зиянды ультракүлгін сәулелерден қорғайды.

Жер атмосферасындағы оттегі мөлшерінің эволюциясы.

Жердің дамуының ең басында атмосферада бос оттегі өте аз болды.Ол атмосфераның жоғарғы қабатында көмірқышқыл газы мен судың фотодиссоциациялану процесінде пайда болды. Бірақ түзілген оттегінің барлығы іс жүзінде басқа газдардың тотығуына жұмсалды және жер қыртысына сіңіп кетті.

Жер дамуының белгілі бір кезеңінде оның көмірқышқыл газы атмосферасы азот-оттегі атмосферасына айналды. Мұхитта автотрофты фотосинтездеуші организмдердің пайда болуымен атмосферадағы оттегінің мөлшері тез өсе бастады. Атмосферадағы оттегінің көбеюі биосфераның көптеген компоненттерінің тотығуына әкелді. Алғашында кембрийге дейінгі теңіздердегі оттегін темір темір сіңірді, бірақ мұхиттардағы еріген темірдің мөлшері айтарлықтай азайғаннан кейін оттегі гидросферада, содан кейін Жер атмосферасында жинала бастады.

Оттегінің түзілуінде биосфераның тірі затының биохимиялық процестерінің рөлі арта түсті. Материктерде өсімдік жамылғысының пайда болуымен Жер атмосферасының дамуында қазіргі кезең басталды.Жер атмосферасында бос оттегінің тұрақты мөлшері анықталды.

Қазіргі уақытта Жер атмосферасындағы оттегінің мөлшері осылайша теңестіріледі өндірілген оттегінің мөлшері қабылданған мөлшерге тең.Тыныс алу, ыдырау және жану процестерінің нәтижесінде атмосферадағы оттегінің жоғалуы фотосинтез кезінде бөлінетін оттегімен ауыстырылады.

Табиғаттағы оттегі айналымы.

Оттегінің геохимиялық айналымыгаз және сұйық қабықшаларды жер қыртысымен байланыстырады.

Оның маңызды сәттері:

• фотосинтез кезінде бос оттегінің бөлінуі;
• химиялық элементтердің тотығуы,
• өте тотыққан қосылыстардың жер қыртысының терең аймақтарына түсуі және олардың ішінара тотықсыздануы, соның ішінде көміртегі қосылыстары есебінен;
• көміртек тотығы мен суды жер қыртысының бетіне шығару және
• оларды фотосинтез реакциясына қатыстыру.

Күріш. 1. Байланбаған түрдегі оттегі айналымының диаграммасы.

Бұл мақала болды Жер атмосферасындағы оттегі – атмосферадағы мөлшері 21%. «. Оқыңыз: «Жер атмосферасындағы көмірқышқыл газы. "

«Жер атмосферасы» тақырыбындағы мақалалар:

• Биіктік өскен сайын жер атмосферасының адам ағзасына әсері.

- Жермен бірге айналатын жердің ауа қабығы. Атмосфераның жоғарғы шекарасы шартты түрде 150-200 км биіктікте сызылады. Төменгі шекара - Жер беті.

Атмосфералық ауа - бұл газдар қоспасы. Оның беткі ауа қабатындағы көлемінің көп бөлігін азот (78%) және оттегі (21%) құрайды. Сонымен қатар ауада инертті газдар (аргон, гелий, неон және т.б.), көмірқышқыл газы (0,03), су буы және әртүрлі қатты бөлшектер (шаң, күйе, тұз кристалдары) болады.

Ауа түссіз, ал аспанның түсі жарық толқындарының шашырау ерекшеліктерімен түсіндіріледі.

Атмосфера бірнеше қабаттардан тұрады: тропосфера, стратосфера, мезосфера және термосфера.

Төменгі беткі ауа қабаты деп аталады тропосфера.Оның қалыңдығы әртүрлі ендіктерде бірдей емес. Тропосфера планетаның пішінін қайталайды және Жермен бірге осьтік айналуға қатысады. Экваторда атмосфераның қалыңдығы 10-нан 20 км-ге дейін жетеді. Ол экваторда көп, ал полюстерде аз. Тропосфера максималды ауа тығыздығымен сипатталады, онда бүкіл атмосфера массасының 4/5 бөлігі шоғырланған. Тропосфера ауа райы жағдайын анықтайды: мұнда әртүрлі ауа массалары қалыптасады, бұлттар мен жауын-шашын пайда болады, ауаның қарқынды көлденең және тік қозғалысы бар.

Тропосфераның үстінде 50 км биіктікке дейін орналасқан стратосфера.Ол төмен ауа тығыздығымен сипатталады, онда су буы жоқ. Стратосфераның төменгі бөлігінде шамамен 25 км биіктікте. «озон экраны» бар - организмдер үшін өлімге әкелетін ультракүлгін сәулелерді сіңіретін озонның жоғары концентрациясы бар атмосфера қабаты.

50-ден 80-90 км биіктікте созылып жатыр мезосфера.Биіктіктің жоғарылауымен температура орташа тік градиентпен (0,25-0,3) ° / 100 м төмендейді, ал ауа тығыздығы төмендейді. Негізгі энергетикалық процесс – сәулелік жылу алмасу. Атмосфераның жарқырауы радикалдардың, тербеліспен қоздырылған молекулалардың қатысуымен болатын күрделі фотохимиялық процестерден туындайды.

Термосфера 80-90 – 800 км биіктікте орналасқан. Мұнда ауаның тығыздығы минималды, ал ауаның иондану дәрежесі өте жоғары. Күннің белсенділігіне байланысты температура өзгереді. Зарядталған бөлшектердің көп болуына байланысты мұнда полярлық сәулелер мен магниттік дауылдар байқалады.

Атмосфераның Жер табиғаты үшін маңызы зор.Оттегісіз тірі ағзалардың тыныс алуы мүмкін емес. Оның озон қабаты барлық тіршілік иелерін зиянды ультракүлгін сәулелерден қорғайды. Атмосфера температураның ауытқуын тегістейді: жер беті түнде қатты салқындамайды және күндіз қызып кетпейді. Атмосфералық ауаның тығыз қабаттарында планетаның бетіне жетпей метеориттер тікенектен өртеніп кетеді.

Атмосфера жердің барлық қабықтарымен әрекеттеседі. Оның көмегімен мұхит пен құрлық арасында жылу мен ылғал алмасады. Атмосфера болмаса, бұлт, жауын-шашын, жел болмас еді.

Адамның шаруашылық қызметі атмосфераға айтарлықтай кері әсер етеді. Ауаның ластануы пайда болады, бұл көміртек тотығы (СО 2) концентрациясының жоғарылауына әкеледі. Ал бұл жаһандық жылынуға ықпал етіп, «парниктік әсерді» күшейтеді. Өнеркәсіп және көлік қалдықтарының әсерінен жердің озон қабаты жойылуда.

Атмосфераны қорғау қажет. Дамыған елдерде атмосфералық ауаны ластанудан қорғау бойынша шаралар кешені жүргізілуде.

Әлі де сұрақтарыңыз бар ма? Атмосфера туралы көбірек білгіңіз келе ме?
Тәрбиешіден көмек алу үшін – тіркеліңіз.

сайт, материалды толық немесе ішінара көшірумен, дереккөзге сілтеме қажет.

Жердің атмосферасы

Атмосфера(ден. Ескі грекἀτμός - бу және σφαῖρα - шар) - газқабық ( геосфера) планетаны қоршаған Жер... Оның ішкі бетін жабады гидросферажәне ішінара қабығы, сыртқы бөлігі ғарыш кеңістігінің жерге жақын бөлігімен шектеседі.

Әдетте атмосфераны зерттейтін физика және химия бөлімдерінің жиынтығы деп аталады атмосфера физикасы... Атмосфера анықтайды ауа райыжер бетінде ауа райын зерттей отырып метеорология, және ұзақ мерзімді өзгерістер климат - климатология.

Атмосфераның құрылымы

Атмосфераның құрылымы

Тропосфера

Оның жоғарғы шекарасы полярлық ендіктерде 8-10 км, қоңыржай аймақта 10-12 км және тропиктік ендіктерде 16-18 км биіктікте; қыста ол жазға қарағанда төмен. Атмосфераның төменгі, негізгі қабаты. Атмосфералық ауаның жалпы массасының 80%-дан астамын және атмосферадағы барлық су буының 90%-ға жуығын қамтиды. Тропосферада күшті дамыған турбуленттілікжәне конвекция, туындайды бұлттар, дамыту циклондаржәне антициклондар... Температура орташа вертикальмен биіктік артқан сайын төмендейді градиент 0,65 ° / 100 м

Жер бетіндегі «қалыпты жағдайлар» үшін мыналар алынады: тығыздық 1,2 кг / м3, барометрлік қысым 101,35 кПа, температура плюс 20 ° C және салыстырмалы ылғалдылық 50%. Бұл шартты көрсеткіштер таза инженерлік мәнге ие.

Стратосфера

11-ден 50 км биіктікте орналасқан атмосфера қабаты. 11-25 км қабаттағы (стратосфераның төменгі қабаты) температураның шамалы өзгеруі және оның қабаттың 25-40 км-ге -56,5-тен 0,8°-қа дейін жоғарылауы тән. МЕН(стратосфераның немесе аймақтың жоғарғы қабаты инверсиялар). Шамамен 40 км биіктікте шамамен 273 К (дерлік 0 ° C) мәнге жеткеннен кейін температура шамамен 55 км биіктікке дейін тұрақты болып қалады. Бұл тұрақты температура аймағы деп аталады стратопаузажәне стратосфера мен арасындағы шекара болып табылады мезосфера.

Стратопауза

Стратосфера мен мезосфера арасындағы атмосфераның шекаралық қабаты. Тік температураның таралуы максимумға ие (шамамен 0 ° C).

Мезосфера

Жердің атмосферасы

Мезосфера 50 км биіктіктен басталып, 80-90 км-ге дейін созылады. Температура орташа тік градиентпен (0,25-0,3) ° / 100 м биіктікте төмендейді.Негізгі энергетикалық процесс радиациялық жылу алмасу болып табылады. Күрделі фотохимиялық процестер бос радикалдар, діріл қоздыратын молекулалар және т.б., атмосфераның жарқырауын тудырады.

Мезопауза

Мезосфера мен термосфера арасындағы өтпелі қабат. Температураның тік таралуында минимум бар (шамамен -90 ° C).

Қалта сызығы

Шартты түрде Жер атмосферасы мен ғарыштың арасындағы шекара ретінде қабылданатын теңіз деңгейінен биіктік.

Термосфера

Негізгі мақала: Термосфера

Жоғарғы шегі - шамамен 800 км. Температура 200-300 км биіктікке дейін көтеріледі, онда ол 1500 К деңгейіндегі мәндерге жетеді, содан кейін ол жоғары биіктікке дейін дерлік тұрақты болып қалады. Ультракүлгін және рентгендік күн радиациясының және ғарыштық сәулеленудің әсерінен ауаның иондануы орын алады (" полярлық шамдар«) - негізгі бағыттар ионосфератермосфераның ішінде жатады. 300 км-ден астам биіктікте атомдық оттегі басым.

120 км биіктікке дейінгі атмосфералық қабаттар

Экзосфера (дисперсиялық шар)

Экзосфера- шашырау аймағы, 700 км-ден жоғары орналасқан термосфераның сыртқы бөлігі. Экзосферадағы газ өте сирек кездеседі, сондықтан оның бөлшектерінің планетааралық кеңістікке ағуы ( диссипация).

100 км биіктікке дейін атмосфера біртекті, жақсы араласқан газдар қоспасы болып табылады. Жоғары қабаттарда газдардың биіктігі бойынша таралуы олардың молекулалық массасына байланысты, ауыр газдардың концентрациясы жер бетінен қашықтығына қарай тезірек төмендейді. Газдардың тығыздығының төмендеуіне байланысты температура стратосферадағы 0°С-тан мезосферада -110°С-қа дейін төмендейді. Дегенмен, 200-250 км биіктіктегі жеке бөлшектердің кинетикалық энергиясы ~ 1500 ° C температураға сәйкес келеді. 200 км-ден жоғары уақыт пен кеңістікте газдардың температурасы мен тығыздығының айтарлықтай ауытқуы байқалады.

Шамамен 2000-3000 км биіктікте экзосфера бірте-бірте деп аталатынға айналады. жақын ғарыштық вакуум, ол планетааралық газдың өте сирек кездесетін бөлшектерімен, негізінен сутегі атомдарымен толтырылған. Бірақ бұл газ планетааралық заттың бір бөлігі ғана. Екінші бөлігі шаң тәрізді комета және метеорлық тектес бөлшектерден тұрады. Бұл кеңістікке өте сирек кездесетін шаң тәрізді бөлшектерден басқа, күн және галактикалық тектегі электромагниттік және корпускулярлық сәулелер енеді.

Атмосфера массасының шамамен 80%-ын тропосфера, 20%-ға жуығын стратосфера құрайды; мезосфераның массасы 0,3%-дан аспайды, термосфера атмосфераның жалпы массасының 0,05%-ынан аз. Атмосферадағы электрлік қасиеттеріне қарай нейтросфера және ионосфера бөлінеді. Қазіргі уақытта атмосфера 2000-3000 км биіктікке дейін созылады деп есептеледі.

Атмосферадағы газдың құрамына байланысты, гомосферажәне гетеросфера. Гетеросфера - бұл гравитация газдардың бөлінуіне әсер ететін аймақ, өйткені олардың осы биіктікте араласуы шамалы. Осыдан гетеросфераның ауыспалы құрамы пайда болады. Оның астында атмосфераның жақсы араласқан, біртекті бөлігі деп аталады гомосфера... Бұл қабаттар арасындағы шекара деп аталады турбопауза, ол шамамен 120 км биіктікте жатыр.

Физикалық қасиеттері

Атмосфераның қалыңдығы жер бетінен шамамен 2000-3000 км. Жалпы массасы ауа- (5,1-5,3) × 10 18 кг. Молярлық массатаза құрғақ ауа 28,966 құрайды. Қысым 0 ° C теңіз деңгейінде 101.325 кПа; критикалық температура 140,7 ° C; критикалық қысым 3,7 МПа; C б 1,0048 × 10 3 Дж / (кг К) (0 ° C кезінде), C v 0,7159 × 10 3 Дж / (кг К) (0 ° C кезінде). Ауаның суда ерігіштігі 0°С – 0,036%, 25°С – 0,22%.

Атмосфераның физиологиялық және басқа да қасиеттері

Қазірдің өзінде теңіз деңгейінен 5 км биіктікте оқытылмаған адам бар оттегі ашығуыжәне бейімделусіз адамның өнімділігі айтарлықтай төмендейді. Бұл жерде атмосфераның физиологиялық аймағы аяқталады. Атмосферада шамамен 115 км-ге дейін оттегі болғанымен, 15 км биіктікте адамның тыныс алуы мүмкін емес.

Атмосфера бізді тыныс алуымызға қажетті оттегімен қамтамасыз етеді. Бірақ биіктікке көтерілген кезде атмосфераның жалпы қысымының төмендеуіне байланысты оттегінің парциалды қысымы да сәйкесінше төмендейді.

Адамның өкпесінде үнемі 3 литрге жуық альвеолярлы ауа болады. Жартылай қысымқалыпты атмосфералық қысымда альвеолярлық ауадағы оттегі 110 мм рт.ст. Арт., көмірқышқыл газының қысымы 40 мм Hg. Art., және су буы - 47 мм Hg. Өнер. Биіктікке көтерілу кезінде оттегі қысымы төмендейді, ал өкпедегі су буы мен көмірқышқыл газының жалпы қысымы дерлік тұрақты болып қалады - шамамен 87 мм Hg. Өнер. Айналадағы ауаның қысымы осы мәнге тең болған кезде өкпеге оттегінің берілуі толығымен тоқтайды.

Шамамен 19-20 км биіктікте атмосфералық қысым 47 мм сын.бағ. дейін төмендейді. Өнер. Сондықтан осы биіктікте адам ағзасында су мен аралық сұйықтық қайнай бастайды. Қысым бар кабинаның сыртында, осы биіктікте өлім бірден орын алады. Осылайша, адам физиологиясы тұрғысынан «ғарыш» қазірдің өзінде 15-19 км биіктікте басталады.

Ауаның тығыз қабаттары – тропосфера мен стратосфера – бізді радиацияның зиянды әсерінен қорғайды. 36 км-ден астам биіктікте ауаның жеткілікті сирек болуымен, иондаушы радиация- біріншілік ғарыштық сәулелер; 40 км-ден астам биіктікте адамдар үшін қауіпті күн спектрінің ультракүлгін бөлігі жұмыс істейді.

Біз Жер бетінен барған сайын үлкен биіктікке көтерілген сайын олар бірте-бірте әлсірейді, содан кейін толығымен жойылады, атмосфераның төменгі қабаттарында байқалатын дыбыстың таралуы, аэродинамикалық құбылыстардың пайда болуы сияқты бізге таныс құбылыстар. көтеру күшіжәне кедергісі, жылу алмасуы конвекцияжәне т.б.

Ауаның сирек кездесетін қабаттарында таралады дыбысмүмкін емес болып шығады. 60-90 км биіктікке дейін басқарылатын аэродинамикалық ұшу үшін ауаның кедергісі мен көтерілуін әлі де пайдалануға болады. Бірақ 100-130 км биіктіктен бастап, әрбір ұшқышқа таныс ұғымдар сандар Мжәне дыбыстық тосқауылмағынасын жоғалтады, шарттылық бар Қалта сызығыоның артында тек реактивті күштердің көмегімен басқаруға болатын таза баллистикалық ұшу саласы басталады.

100 км-ден жоғары биіктікте атмосфераның тағы бір керемет қасиеті жоқ - жылу энергиясын конвекция арқылы (яғни ауаны араластыру арқылы) сіңіру, өткізу және беру мүмкіндігі. Бұл дегеніміз, жабдықтың әртүрлі элементтері, орбиталық ғарыш станциясының жабдықтары әдетте ұшақта - ауа ағындары мен ауа радиаторларының көмегімен жасалатындай сырттан суыта алмайды. Бұл биіктікте, жалпы ғарыштағы сияқты, жылуды берудің жалғыз жолы термиялық сәулелену.

Атмосфераның құрамы

Құрғақ ауа құрамы

Жер атмосферасы негізінен газдар мен әртүрлі қоспалардан (шаң, су тамшылары, мұз кристалдары, теңіз тұздары, жану өнімдері) тұрады.

Атмосфераны құрайтын газдардың концентрациясы су (H 2 O) мен көмірқышқыл газын (CO 2) қоспағанда, іс жүзінде тұрақты.

Кестеде көрсетілген газдардан басқа атмосферада SO 2, NH 3, CO, озон, көмірсутектер, HCl, HF, жұптар Hg, I 2, және ЖОҚжәне басқа да көптеген газдар аз мөлшерде. Тропосферада тұрақты қатты және сұйық бөлшектердің көп мөлшері болады ( шашатын ыдыс).

Атмосфераның қалыптасу тарихы

Ең кең таралған теорияға сәйкес, Жер атмосферасы уақыт өте төрт түрлі құрамда болды. Бастапқыда ол жеңіл газдардан тұрды ( сутегіжәне гелий) планетааралық кеңістіктен түсірілген. Бұл деп аталатын нәрсе бастапқы атмосфера(шамамен төрт миллиард жыл бұрын). Келесі кезеңде белсенді вулкандық белсенділік атмосфераның сутегіден басқа газдармен (көмірқышқыл газы, аммиак, бу). Осылайша ол қалыптасты екінші атмосфера(шамамен үш миллиард жыл бұрын). Атмосфера қалпына келтірілді. Әрі қарай атмосфераның қалыптасу процесі келесі факторлармен анықталды:

жеңіл газдардың (сутегі мен гелий) ағуы планетааралық кеңістік;

ультракүлгін сәулелер, найзағай разрядтары және кейбір басқа факторлардың әсерінен атмосферадағы химиялық реакциялар.

Бірте-бірте бұл факторлардың қалыптасуына әкелді үшінші атмосфера, сутегінің әлдеқайда аз мөлшерімен және әлдеқайда жоғары азот пен көмірқышқыл газымен сипатталады (аммиак пен көмірсутектерден химиялық реакциялар нәтижесінде пайда болады).

Азот

N 2 көп мөлшерінің түзілуі аммиак-сутектік атмосфераның молекулалық О 2-мен тотығуына байланысты, ол фотосинтез нәтижесінде планетаның бетінен 3 млрд жыл бұрын басталған. Сондай-ақ N 2 нитраттардың және басқа азотты қосылыстардың денитрификациясы нәтижесінде атмосфераға шығарылады. Азот атмосфераның жоғарғы қабатында озонмен NO-ға дейін тотығады.

Азот N 2 тек белгілі бір жағдайларда (мысалы, найзағай соғу кезінде) әрекеттеседі. Электр разрядтары кезінде молекулалық азоттың озонмен тотығуы азотты тыңайтқыштардың өнеркәсіптік өндірісінде қолданылады. Оны аз энергия тұтынумен тотықтырып, биологиялық белсенді түрге айналдыруға болады. цианобактериялар (көк-жасыл балдырлар)және ризобиальды түзетін түйінді бактериялар симбиозбірге бұршақ дақылдарыөсімдіктер деп аталады. сидераттар.

Оттегі

Атмосфераның құрамы Жердегі пайда болуымен түбегейлі өзгере бастады тірі организмдер, нәтижесінде фотосинтезоттегінің бөлінуімен және көмірқышқыл газының сіңірілуімен бірге жүреді. Бастапқыда оттегі тотықсызданған қосылыстардың тотығуына жұмсалды - аммиак, көмірсутектер, қышқыл түр. безмұхиттардың құрамында және т.б. Бұл кезеңнің соңында атмосферадағы оттегінің мөлшері өсе бастады. Бірте-бірте тотықтырғыш қасиеттері бар заманауи атмосфера қалыптасты. Өйткені бұл көптеген процестерде елеулі және күрт өзгерістер туғызды атмосфера, литосферажәне биосфера, бұл оқиға аталды Оттегі апаты.

кезінде фанерозойатмосфераның құрамы мен оттегінің құрамы өзгерді. Олар, ең алдымен, органикалық шөгінді тау жыныстарының шөгу жылдамдығымен байланысты болды. Осылайша, көмірдің жинақталуы кезеңдерінде атмосферадағы оттегінің мөлшері, шамасы, қазіргі деңгейден айтарлықтай асып кетті.

Көміртегі диоксиді

Атмосферадағы СО 2 мөлшері жанартау белсенділігіне және жер қабықтарындағы химиялық процестерге байланысты, бірақ бәрінен бұрын органикалық заттардың биосинтезі мен ыдырауының қарқындылығына байланысты. биосфера Жерден... Іс жүзінде планетаның барлық биомассасы (шамамен 2,4 × 10 12 тонна) ) атмосфералық ауа құрамындағы көмірқышқыл газы, азот және су буының есебінен түзіледі. Жерленген мұхит, v батпақтаржәне ішінде ормандарорганикалық айналады көмір, майжәне табиғи газ... (см. Көміртектің геохимиялық айналымы)

Асыл газдар

Инертті газдардың көзі - аргон, гелийжәне криптон- жанартаулардың атқылауы және радиоактивті элементтердің ыдырауы. Жалпы жер және әсіресе атмосфера ғарышпен салыстырғанда инертті газдармен таусылған. Мұның себебі газдардың планетааралық кеңістікке үздіксіз ағуында деп саналады.

Ауаның ластануы

Соңғы уақытта атмосфераның эволюциясына әсер ете бастады адам... Оның қызметінің нәтижесі алдыңғы геологиялық дәуірлерде жинақталған көмірсутекті отынның жануы салдарынан атмосферадағы көмірқышқыл газының тұрақты айтарлықтай өсуі болды. Фотосинтез кезінде СО 2 орасан зор мөлшерде тұтынылады және дүниежүзілік мұхиттарға сіңеді. Бұл газ атмосфераға карбонатты тау жыныстары мен өсімдік және жануар текті органикалық заттардың ыдырауы, сондай-ақ вулканизм мен адамның өндірістік әрекеті салдарынан түседі. Соңғы 100 жылда атмосферадағы СО 2 мөлшері 10%-ға өсті, оның негізгі бөлігі (360 млрд тонна) отынның жануынан келеді. Егер отынның жануының өсу қарқыны жалғаса берсе, онда алдағы 50-60 жылда атмосферадағы СО2 мөлшері екі есе артады және жаһандық климаттың өзгеруі.

Жанармайдың жануы ластаушы газдардың негізгі көзі болып табылады ( CO, ЖОҚ, SO 2 ). Күкірт диоксиді атмосфералық оттегімен тотығады SO 3 атмосфераның жоғарғы қабатында, ол өз кезегінде сумен және аммиак буларымен әрекеттеседі және нәтижесінде пайда болады күкірт қышқылы (H 2 SO 4 ) және аммоний сульфаты ((NH 4 ) 2 SO 4 ) деп аталатын түрінде жер бетіне оралу. қышқылды жаңбыр. Қолданылуы іштен жанатын қозғалтқыштаратмосфераның азот оксидтерімен, көмірсутектерімен және қорғасын қосылыстарымен айтарлықтай ластануына әкеледі ( тетраэтил қорғасын Pb (CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Атмосфераның аэрозольмен ластануы табиғи себептермен де (жанартау атқылауы, шаңды дауылдар, теңіз суының тамшылары мен өсімдіктер тозаңдарының тасымалдануы және т.б.), сондай-ақ адамның шаруашылық қызметімен (рудалар мен құрылыс материалдарын өндіру, отын жағу, цементпен) байланысты. өндіріс және т.б.). Атмосфераға қатты бөлшектердің қарқынды түрде жойылуы планетадағы климаттың өзгеруінің ықтимал себептерінің бірі болып табылады.

Теңіз деңгейінде 1013,25 гПа (шамамен 760 мм Hg). Жер бетіндегі жаһандық орташа ауа температурасы 15 ° C құрайды, ал температура субтропикалық шөлдерде шамамен 57 ° C-тан Антарктидада -89 ° C-қа дейін өзгереді. Ауа тығыздығы мен қысымы экспоненциалдыға жақын заң бойынша биіктікке қарай төмендейді.

Атмосфераның құрылымы... Тігінен атмосфера қабаттық құрылымға ие, ол негізінен температураның тік таралу ерекшеліктерімен (фигура) анықталады, ол географиялық орынға, жыл мезгіліне, тәулік уақытына және т.б. Атмосфераның төменгі қабаты – тропосфера – биіктігі бойынша температураның төмендеуімен сипатталады (1 км-ге шамамен 6 ° C), оның биіктігі полярлық ендіктерде 8-10 км-ден тропикте 16-18 км-ге дейін. Биіктікке қарай ауа тығыздығының тез төмендеуіне байланысты атмосфераның жалпы массасының шамамен 80%-ы тропосферада. Тропосфераның үстінде стратосфера – әдетте температураның биіктікке көтерілуімен сипатталатын қабат орналасқан. Тропосфера мен стратосфера арасындағы өтпелі қабат тропопауза деп аталады. Төменгі стратосферада шамамен 20 км деңгейге дейін температура биіктікке қарай аз өзгереді (изотермиялық аймақ деп аталады) және жиі тіпті аздап төмендейді. Жоғарыда температура Күннен шыққан ультракүлгін сәулелерді озонның сіңіруіне байланысты алдымен баяу, ал 34-36 км деңгейден тезірек көтеріледі. Стратосфераның жоғарғы шекарасы - стратопауза максималды температураға (260-270 К) сәйкес 50-55 км биіктікте орналасқан. 55-85 км биіктікте орналасқан, температура қайтадан биіктікке қарай төмендейтін атмосфера қабатын мезосфера деп атайды, оның жоғарғы шекарасында - мезопазада - температура жазда 150-160 К-ге жетеді, ал 200- Қыста 230 К.Мезопаузаның үстінде термосфера – температураның тез көтерілуімен сипатталатын, 250 км биіктікте 800-1200 К-қа дейін жететін қабат басталады.Термосфера Күннен келетін корпускулярлық және рентгендік сәулелерді сіңіреді, тежеледі және метеорларды жағады, сондықтан ол Жердің қорғаныс қабатының қызметін атқарады. Атмосфералық газдар диссипацияға байланысты дүниежүзілік кеңістікке шашырайтын және атмосферадан планетааралық кеңістікке біртіндеп ауысатын экзосфера одан да жоғары.

Атмосфераның құрамы... Шамамен 100 км биіктікке дейін атмосфера химиялық құрамы бойынша іс жүзінде біртекті және ондағы ауаның орташа молекулалық массасы (шамамен 29) тұрақты. Жер бетіне жақын жерде атмосфера азоттан (көлемі бойынша шамамен 78,1%) және оттегіден (шамамен 20,9%) тұрады, сонымен қатар аз мөлшерде аргон, көмірқышқыл газы (көмірқышқыл газы), неон және басқа тұрақты және ауыспалы компоненттерден тұрады (Ауа бөлімін қараңыз). ).

Сонымен қатар атмосферада аз мөлшерде озон, азот оксидтері, аммиак, радон және т.б. ауаның негізгі құрамдас бөліктерінің салыстырмалы құрамы әр түрлі географиялық аймақтарда уақыт бойынша тұрақты және біркелкі болады. Су буы мен озонның мөлшері кеңістік пен уақыт бойынша өзгермелі; олардың төмен мазмұнына қарамастан, олардың атмосфералық процестердегі рөлі өте маңызды.

100-110 км-ден жоғары оттегі, көмірқышқыл газы және су буының молекулалары диссоциацияланады, сондықтан ауаның молекулалық массасы азаяды. Шамамен 1000 км биіктікте жеңіл газдар – гелий мен сутегі басым бола бастайды, одан да жоғары, Жер атмосферасы бірте-бірте планета аралық газға айналады.

Атмосфераның ең маңызды ауыспалы құрамдас бөлігі судың және ылғалды топырақтың бетінен булану, сонымен қатар өсімдіктердің транспирациясы арқылы атмосфераға шығарылатын су буы болып табылады. Су буының салыстырмалы мөлшері жер бетіне жақын жерде тропиктік аймақтарда 2,6%-дан полярлық ендіктерде 0,2%-ға дейін өзгереді. Биіктікте ол тез құлайды, 1,5-2 км биіктікте екі есе азаяды. Қоңыржай ендіктердегі атмосфераның тік бағанында шамамен 1,7 см «тұнды су қабаты» бар. Су буы конденсацияланған кезде бұлттар пайда болады, олардан атмосфералық жауын-шашын жаңбыр, бұршақ, қар түрінде түседі.

Атмосфералық ауаның маңызды құрамдас бөлігі озон болып табылады, ол 90% стратосферада (10-50 км аралығында) шоғырланған, оның 10% жуығы тропосферада. Озон қатты ультракүлгін сәулелерді (толқын ұзындығы 290 нм-ден аз) сіңіреді және бұл оның биосфера үшін қорғаныс рөлі. Жалпы озон құрамының мәндері ендік пен жыл мезгіліне байланысты 0,22-ден 0,45 см-ге дейін (озон қабатының қалыңдығы p = 1 атм қысымда және T = 0 ° C температурада) өзгереді. Антарктидада 1980 жылдардың басынан көктемде байқалған озон саңылауларында озон мөлшері 0,07 см-ге дейін төмендеуі мүмкін. Ол экватордан полюстерге дейін артады және көктемде максимум және күзде минимумы бар жылдық вариацияға ие, ал амплитудасы бар. жылдық вариация тропикте аз және жоғары ендікке қарай өседі. Атмосфераның маңызды ауыспалы құрамдас бөлігі көмірқышқыл газы болып табылады, оның атмосферадағы мөлшері соңғы 200 жылда 35%-ға өсті, бұл негізінен антропогендік фактормен түсіндіріледі. Оның ендік және маусымдық өзгермелілігі байқалады, өсімдік фотосинтезімен және теңіз суында ерігіштігімен байланысты (Генри заңы бойынша газдың судағы ерігіштігі оның температурасының жоғарылауымен төмендейді).

Планета климатының қалыптасуында маңызды рөлді атмосфералық аэрозоль – ауада ілінген, өлшемдері бірнеше нм-ден ондаған микронға дейінгі қатты және сұйық бөлшектер атқарады. Табиғи және антропогендік шыққан аэрозольдер бөлінеді. Аэрозоль өсімдіктер мен адамның шаруашылық қызметінің қалдықтарынан, жанартаулардың атқылауынан, планетаның бетінен, әсіресе оның шөлді аймақтарынан шаңның желмен көтерілуі нәтижесінде газ фазалық реакциялар процесінде түзіледі. атмосфераның жоғарғы қабатына түсетін ғарыштық шаңнан да түзіледі. Аэрозольдің көп бөлігі тропосферада шоғырланған, жанартау атқылауынан шыққан аэрозоль шамамен 20 км биіктікте Джунге деп аталатын қабатты құрайды. Атмосфераға антропогендік аэрозольдің ең көп мөлшері көліктер мен жылу электр станцияларының жұмысы, химиялық өндіріс, отын жағу және т.б. нәтижесінде түседі. Сондықтан кейбір аймақтарда атмосфераның құрамы қарапайым ауадан айтарлықтай ерекшеленеді, бұл ауаны қажет етеді. атмосфералық ауаның ластану деңгейін бақылау және бақылау жөніндегі арнайы қызметті құру.

Атмосфераның эволюциясы... Қазіргі атмосфера, шамасы, қайталама шығу тегі бар: ол шамамен 4,5 миллиард жыл бұрын планетаның қалыптасуы аяқталғаннан кейін Жердің қатты қабығы шығаратын газдардан пайда болды. Жердің геологиялық тарихында атмосфера бірқатар факторлардың әсерінен оның құрамында айтарлықтай өзгерістерге ұшырады: газдардың, негізінен жеңіліректердің ғарыш кеңістігіне таралуы (ұшуы); жанартау әрекетінің нәтижесінде литосферадан газдардың шығарылуы; атмосфераның құрамдас бөліктері мен жер қыртысын құрайтын тау жыныстары арасындағы химиялық реакциялар; күн УК сәулесінің әсерінен атмосфераның өзінде фотохимиялық реакциялар; планетааралық орта материясының (мысалы, метеорлық заттың) жиналуы (түсіру). Атмосфераның дамуы геологиялық және геохимиялық процестермен және соңғы 3-4 миллиард жылдағы биосфераның белсенділігімен де тығыз байланысты. Қазіргі атмосфераны құрайтын газдардың едәуір бөлігі (азот, көмірқышқыл газы, су буы) жанартаулық белсенділік пен оларды Жердің тереңдігінен шығаратын интрузия кезінде пайда болды. Оттегі айтарлықтай мөлшерде шамамен 2 миллиард жыл бұрын мұхиттың беткі суларында пайда болған фотосинтездеуші организмдердің қызметі нәтижесінде пайда болды.

Карбонатты кен орындарының химиялық құрамы туралы мәліметтер негізінде өткен геологиялық атмосферадағы көмірқышқыл газы мен оттегінің мөлшерінің бағалаулары алынды. Фанерозойда (Жер тарихының соңғы 570 миллион жылы) атмосферадағы көмірқышқыл газының мөлшері жанартаулық белсенділік деңгейіне, мұхит температурасына және фотосинтез деңгейіне сәйкес кеңінен өзгерді. Осы уақыттың көп бөлігінде атмосферадағы көмірқышқыл газының концентрациясы бүгінгі күнмен салыстырғанда айтарлықтай жоғары болды (10 есеге дейін). Фанерозой атмосферасындағы оттегінің мөлшері айтарлықтай өзгеріп, оны көбейту тенденциясы басым болды. Кембрийге дейінгі атмосферада көмірқышқыл газының массасы, әдетте, үлкен, ал оттегінің массасы фанерозой атмосферасына қарағанда аз болды. Бұрынғы көмірқышқыл газының мөлшерінің ауытқуы климатқа айтарлықтай әсер етті, көмірқышқыл газының концентрациясы жоғарылаған кезде парниктік әсерді күшейтті, соның салдарынан фанерозойдың негізгі бөлігіндегі климат қазіргі дәуірге қарағанда әлдеқайда жылы болды. .

Атмосфера және өмір... Атмосфера болмаса, Жер өлі планета болар еді. Органикалық тіршілік атмосферамен және соған байланысты климат пен ауа райымен тығыз әрекеттестікте өтеді. Жалпы планетамен салыстырғанда массасы аз (шамамен миллионнан бір бөлігі), атмосфера барлық тіршілік формалары үшін міндетті шарт болып табылады. Организмдердің тіршілік әрекеті үшін оттегі, азот, су буы, көмірқышқыл газы, озонның маңызы зор. Көмірқышқыл газын фотосинтетикалық өсімдіктер сіңірген кезде органикалық заттар пайда болады, оны тірі заттардың басым көпшілігі, соның ішінде адамдар да энергия көзі ретінде пайдаланады. Оттегі аэробты организмдердің өмір сүруі үшін қажет, олар үшін энергия ағыны органикалық заттардың тотығу реакцияларымен қамтамасыз етіледі. Кейбір микроорганизмдермен ассимиляцияланған азот (азот бекіткіштер) өсімдіктердің минералды қоректенуі үшін қажет. Күннің қатты ультракүлгін сәулесін сіңіретін озон өмірге зиянды күн радиациясының бұл бөлігін айтарлықтай әлсіретеді. Атмосферадағы су буының конденсациялануы, бұлттардың пайда болуы және одан кейінгі атмосфералық жауын-шашынның жаууы құрлықты сумен қамтамасыз етеді, онсыз тіршілік формалары мүмкін емес. Гидросферадағы организмдердің тіршілік әрекеті көбінесе суда еріген атмосфералық газдардың мөлшерімен және химиялық құрамымен анықталады. Атмосфераның химиялық құрамы организмдердің белсенділігіне айтарлықтай тәуелді болғандықтан, биосфера мен атмосфераны бір жүйенің бөлігі ретінде қарастыруға болады, олардың сақталуы мен эволюциясы (биогеохимиялық циклдарды қараңыз) атмосфераның құрамын өзгерту үшін үлкен маңызға ие болды. Жердің планета ретіндегі бүкіл тарихында атмосфера.

Атмосфераның радиациялық, жылулық және су баланстары... Күн радиациясы атмосферадағы барлық физикалық процестер үшін іс жүзінде жалғыз энергия көзі болып табылады. Атмосфераның радиациялық режимінің негізгі ерекшелігі парниктік эффект деп аталады: атмосфера күн радиациясын жер бетіне жеткілікті түрде жақсы өткізеді, бірақ жер бетінен ұзақ толқынды жылулық сәулеленуді белсенді түрде сіңіреді, оның бір бөлігі жер бетіне қайтады. қарсы радиация түрінде, ол жер бетіндегі радиациялық жылуды жоғалтуды өтейді (Атмосфералық радиацияны қараңыз). Атмосфера болмаған кезде жер бетінің орташа температурасы -18 ° C, шын мәнінде ол 15 ° C болады. Келетін күн радиациясы атмосфераға ішінара (шамамен 20%) жұтылады (негізінен су буы, су тамшылары, көмірқышқыл газы, озон және аэрозольдер), сонымен қатар аэрозоль бөлшектері мен тығыздықтың ауытқуы (Рейлей шашырауы) арқылы шашыратады (шамамен 7%). ). Жер бетіне түсетін жалпы радиация одан ішінара (шамамен 23%) шағылысады. Шағылысу альбедо деп аталатын астыңғы беттің шағылысуымен анықталады. Орташа алғанда, күн радиациясының интегралды ағыны үшін Жердің альбедосы 30%-ға жақын. Жаңа түскен қар үшін бірнеше пайыздан (құрғақ топырақ пен қара топырақ) 70-90%-ға дейін өзгереді. Жер беті мен атмосфера арасындағы радиациялық жылу алмасу айтарлықтай альбедоға тәуелді және жер бетінің тиімді сәулеленуімен және оған жұтылған атмосфераның қарсы сәулеленуімен анықталады. Ғарыштан Жер атмосферасына түсіп, одан кері кететін сәулелену ағындарының алгебралық қосындысы радиациялық баланс деп аталады.

Күн радиациясының атмосфера мен жер беті оны жұтқаннан кейінгі өзгерістері Жердің планета ретіндегі жылулық тепе-теңдігін анықтайды. Атмосфераның негізгі жылу көзі – жер беті; одан жылу тек ұзын толқынды сәулелену түрінде ғана емес, конвекция арқылы да беріледі, сонымен қатар су буының конденсациялануы кезінде де бөлінеді. Бұл жылу ағындарының үлесі сәйкесінше орта есеппен 20%, 7% және 23% құрайды. Бұл сонымен қатар тікелей күн радиациясын сіңіру есебінен жылудың шамамен 20% қосады. Күн сәулелеріне перпендикуляр және атмосферадан тыс жерде Жерден Күнге дейінгі орташа қашықтықта орналасқан бірлік аудан арқылы уақыт бірлігіне күн радиациясының ағыны (күн тұрақтысы деп аталатын) 1367 Вт / м2, өзгерістер 1 -2 Вт/м2, күн белсенділігінің цикліне байланысты. Планетарлық альбедо шамамен 30% болса, күн энергиясының ғаламдық уақыт бойынша ғаламдық ағыны планетаға 239 Вт / м 2 құрайды. Жер планета ретінде ғарышқа орта есеппен бірдей энергия шығаратындықтан, Стефан-Больцман заңына сәйкес, шығатын ұзақ толқынды термиялық сәулеленудің тиімді температурасы 255 К (-18 ° C) құрайды. Сонымен бірге жер бетінің орташа температурасы 15°С. 33 ° C айырмашылығы парниктік әсерге байланысты.

Жалпы атмосфераның су балансы жер бетінен буланатын ылғал мөлшері мен жер бетіне түсетін жауын-шашын мөлшерінің теңдігіне сәйкес келеді. Мұхиттардың үстіндегі атмосфера құрлықтағыға қарағанда булану процестерінен ылғалды көбірек алады және жауын-шашын түрінде 90% жоғалтады. Мұхиттар үстіндегі артық су буы ауа ағындары арқылы материктерге тасымалданады. Мұхиттардан материктерге атмосфераға тасымалданатын су буының мөлшері мұхиттарға құятын өзендердің көлеміне тең.

Ауа қозғалысы... Жер шар тәріздес пішінге ие, сондықтан тропикке қарағанда оның жоғары ендіктеріне күн радиациясы әлдеқайда аз түседі. Нәтижесінде ендіктер арасында үлкен температуралық контрасттар пайда болады. Температураның таралуына мұхиттар мен материктердің салыстырмалы орналасуы да айтарлықтай әсер етеді. Мұхит суларының үлкен массасы мен судың жоғары жылу сыйымдылығына байланысты мұхит бетіндегі температураның маусымдық ауытқуы құрлықтағыдан әлдеқайда аз. Осыған байланысты орта және жоғары ендіктерде жазда мұхиттар үстіндегі ауа температурасы континенттерге қарағанда айтарлықтай төмен, ал қыста жоғары болады.

Жер шарының әртүрлі аймақтарында атмосфераның біркелкі қызуы атмосфералық қысымның кеңістікте біркелкі емес таралуын тудырады. Теңіз деңгейінде қысымның таралуы экваторға жақын салыстырмалы түрде төмен мәндермен, субтропиктердің ұлғаюымен (жоғары қысым белдеулері) және ортаңғы және жоғары ендіктердің төмендеуімен сипатталады. Сонымен қатар, экстратропикалық ендіктердегі континенттерде қысым әдетте қыста жоғарылайды, ал жазда төмендейді, бұл температураның таралуымен байланысты. Қысым градиенті ауаны жоғары қысымды аймақтардан төменге қарай жылдамдатады, бұл ауа массаларының қозғалуын тудырады. Қозғалыстағы ауа массаларына сонымен қатар Жердің айналуының ауытқу күші (Кориолис күші), биіктікке және қисық сызықты траекторияларға азаятын үйкеліс күші және орталықтан тепкіш күш әсер етеді. Ауаның турбулентті араласуы үлкен маңызға ие (Атмосферадағы турбуленттілік бөлімін қараңыз).

Ауа ағындарының күрделі жүйесі (атмосфераның жалпы айналымы) планеталық қысымның таралуымен байланысты. Меридиандық жазықтықта орта есеппен меридиандық айналымның екі немесе үш ұяшықтары қадағаланады. Экваторға жақын жерде қызған ауа субтропикте көтеріліп, төмендеп, Хэдли жасушасын құрайды. Дәл сол жерде Феррелл қайтару ұяшығының ауасы төмендейді. Жоғары ендіктерде көбінесе түзу полярлық ұяшық байқалады. Меридиандық циркуляцияның жылдамдығы 1 м/с немесе одан аз. Кориолис күшінің әсерінен атмосфераның көп бөлігінде ортаңғы тропосферада жылдамдығы шамамен 15 м/с болатын батыс желдері байқалады. Салыстырмалы түрде тұрақты жел жүйелері бар. Оларға пассат желдері жатады – субтропиктердегі жоғары қысымды белдеулерден экваторға қарай айтарлықтай шығыс компоненті (шығыстан батысқа қарай) соғатын желдер. Муссондар жеткілікті түрде тұрақты - маусымдық сипаты бар ауа ағындары: олар жазда мұхиттан материкке, ал қыста қарама-қарсы бағытта соғады. Үнді мұхитындағы муссондар әсіресе тұрақты. Орта ендіктерде ауа массаларының қозғалысы негізінен батысқа қарай (батыстан шығысқа қарай). Бұл көптеген жүздеген, тіпті мыңдаған шақырымдарды қамтитын үлкен құйындылар - циклондар мен антициклондар пайда болатын атмосфералық фронттардың аймағы. Циклондар тропикте де болады; мұнда олар тропикалық циклондар деп аталатын дауыл күшіне (33 м / с және одан да көп) жететін шағын, бірақ өте жоғары жел жылдамдығы. Атлант мұхитының шығысында және Тынық мұхитының шығысында дауылдар, ал Тынық мұхитының батысында тайфундар деп аталады. Тропосфераның жоғарғы қабатында және төменгі стратосферада Хэдли меридиандық циркуляциясының тікелей ұяшығы мен кері Феррелл жасушасын бөлетін аймақтарда салыстырмалы түрде тар, ені жүздеген километр, шекаралары күрт сызылған реактивті ағындар жиі байқалады, олардың шегінде жел 100-ге жетеді. -150 және тіпті 200 м / бар.

Климат және ауа райы... Әртүрлі физикалық қасиеттері бар жер бетіне әр түрлі ендіктерде түсетін күн радиациясының мөлшерінің айырмашылығы жер климатының әртүрлілігін анықтайды. Экватордан тропиктік ендікке дейін жер бетіне жақын ауа температурасы орта есеппен 25-30°С және жыл бойы аз өзгереді. Экваторлық белдеуде әдетте жауын-шашын көп болады, бұл жерде ылғалдың шамадан тыс болуына жағдай жасайды. Тропикалық аймақтарда жауын-шашын мөлшері азайып, кейбір аудандарда өте аз болады. Жердің кең шөлдері осында орналасқан.

Субтропиктік және орта ендіктерде ауа температурасы жыл бойына айтарлықтай өзгереді, ал жазғы және қысқы температура арасындағы айырмашылық әсіресе мұхиттардан шалғайдағы материктердің аудандарында үлкен. Осылайша, Шығыс Сібірдің кейбір аймақтарында ауа температурасының жылдық амплитудасы 65 ° C-қа жетеді. Бұл ендіктердегі ылғалдану жағдайлары өте әртүрлі, негізінен атмосфераның жалпы айналымына байланысты және жылдан жылға айтарлықтай өзгереді.

Полярлық ендіктерде маусымдық өзгерістер байқалса да, жыл бойы температура төмен болып қалады. Бұл мұз жамылғысының мұхиттар мен құрлықта және Ресейде, негізінен Сібірде, оның аумағының 65% -дан астамын алып жатқан мәңгі мұзда кеңінен таралуына ықпал етеді.

Соңғы онжылдықтарда жаһандық климаттың өзгеруі барған сайын байқала бастады. Температура төменгі ендіктерге қарағанда жоғары ендіктерде көбірек көтеріледі; қыста жазға қарағанда көбірек; түнде күндізгіге қарағанда көбірек. 20 ғасырда Ресейде жер бетіне жақын ауаның орташа жылдық температурасы 1,5-2 ° C жоғарылады, ал Сібірдің кейбір аймақтарында бірнеше градусқа көтерілді. Бұл микрогаздар концентрациясының артуына байланысты парниктік әсердің күшеюімен байланысты.

Ауа-райы атмосфералық айналым жағдайларымен және жер бедерінің географиялық орналасуымен анықталады, ол тропиктік белдеулерде ең тұрақты және орта және жоғары ендіктерде ең құбылмалы. Ең бастысы, атмосфералық фронттардың, циклондар мен антициклондардың өтуінен, жауын-шашынның және желдің күшеюінен туындаған ауа массаларының өзгеру аймақтарында ауа райы өзгереді. Ауа райын болжау үшін деректер жердегі метеостанцияларда, кемелер мен ұшақтарда, метеорологиялық спутниктерден жиналады. Сондай-ақ Метеорология бөлімін қараңыз.

Атмосферадағы оптикалық, акустикалық және электрлік құбылыстар... Жарықтың ауамен және әртүрлі бөлшектермен (аэрозоль, мұз кристалдары, су тамшылары) сынуы, жұтылуы және шашырауы нәтижесінде атмосферада электромагниттік сәулеленудің таралуымен әртүрлі оптикалық құбылыстар пайда болады: кемпірқосақ, тәж, ореол, мираж және т.б. Жарықтың шашырауы аспан доғасының және көк аспанның көрінетін биіктігін анықтайды. Объектілердің көріну диапазоны атмосферадағы жарықтың таралу жағдайларымен анықталады (Атмосфералық көріну бөлімін қараңыз). Байланыс диапазоны және объектілерді аспаптармен анықтау мүмкіндігі, соның ішінде жер бетінен астрономиялық бақылаулар мүмкіндігі әртүрлі толқын ұзындығында атмосфераның мөлдірлігіне байланысты. Ымырт құбылысы стратосфера мен мезосферадағы оптикалық біртекті еместерді зерттеуде маңызды рөл атқарады. Мысалы, ғарыш кемесінен іңірді суретке түсіру аэрозоль қабаттарын анықтауға мүмкіндік береді. Атмосферада электромагниттік сәулеленудің таралу ерекшеліктері оның параметрлерін қашықтықтан зондтау әдістерінің дәлдігін анықтайды. Бұл сұрақтардың барлығы, басқалар сияқты, атмосфералық оптикамен зерттеледі. Радиотолқындардың сынуы мен шашырауы радиоқабылдау мүмкіндіктерін анықтайды (Радиотолқындардың таралуын қараңыз).

Атмосферада дыбыстың таралуы температура мен жел жылдамдығының кеңістікте таралуына байланысты (Атмосфералық акустиканы қараңыз). Бұл атмосфераны қашықтықтан зондтау үшін қызығушылық тудырады. Атмосфераның жоғарғы қабатына зымыранмен ұшырылған зарядтардың жарылыстары жел жүйелері мен стратосфера мен мезосферадағы температура ағымы туралы көптеген мәліметтер берді. Тұрақты қабатталған атмосферада температура адиабаталық градиенттен (9,8 К/км) биіктікке қарай баяу төмендеген кезде ішкі толқындар пайда болады. Бұл толқындар жоғары қарай стратосфераға, тіпті мезосфераға дейін тарай алады, онда олар әлсірейді, бұл жел мен турбуленттіліктің күшеюіне ықпал етеді.

Жердің теріс заряды және одан пайда болатын электр өрісі, атмосфера электрлік зарядталған ионосфера және магнитосферамен бірге ғаламдық электр тізбегін жасайды. Бұлттардың пайда болуы мен найзағайдың электр тогы осында маңызды рөл атқарады. Найзағай разрядтарының қауіптілігі ғимараттарды, құрылыстарды, электр желілерін және коммуникацияларды найзағайдан қорғау әдістерін әзірлеу қажеттілігін тудырды. Бұл құбылыс әсіресе авиация үшін қауіпті. Найзағай разрядтары атмосфера деп аталатын атмосфералық радио кедергілерді тудырады (Сықырлы атмосфераны қараңыз). Электр өрісі күшінің күрт артуы кезінде жер бетінен шығып тұрған заттардың нүктелері мен өткір бұрыштарында, таулардағы жекелеген шыңдарда және т.б. пайда болатын жарқыраған разрядтар байқалады (Эльма шамдары). Атмосферада әрқашан белгілі бір жағдайларға байланысты атмосфераның электр өткізгіштігін анықтайтын жеңіл және ауыр иондардың мөлшері болады. Жер бетіне жақын орналасқан негізгі ауа ионизаторлары – жер қыртысында және атмосферада болатын радиоактивті заттардың сәулеленуі, сонымен қатар ғарыштық сәулелер. Сондай-ақ, атмосфералық электр қуатын қараңыз.

Адамның атмосфераға әсері.Соңғы ғасырларда адамның шаруашылық әрекетіне байланысты атмосферадағы парниктік газдар концентрациясының артуы байқалды. Көмірқышқыл газының пайызы екі жүз жыл бұрынғы 2,8-10 2-ден 2005 жылы 3,8-10 2-ге дейін, метан мөлшері - шамамен 300-400 жыл бұрын 0,7-10 1-ден 1,8-10 -4-ке дейін өсті. 21 ғасыр; Өткен ғасырдағы парниктік әсердің ұлғаюының шамамен 20% -ы 20-шы ғасырдың ортасына дейін атмосферада іс жүзінде болмаған фреондармен қамтамасыз етілді. Бұл заттар стратосфералық озонды деструкторлар ретінде танылған және оларды өндіруге 1987 жылғы Монреаль хаттамасымен тыйым салынған. Атмосферадағы көмірқышқыл газының концентрациясының жоғарылауы көмір, мұнай, газ және көміртегі отындарының басқа түрлерінің көбеюі, сонымен қатар ормандардың жойылуымен байланысты, нәтижесінде көмірқышқыл газының фотосинтез арқылы сіңірілуі азаяды. Метанның концентрациясы мұнай және газ өндірудің өсуімен (оның ысыраптары есебінен), сондай-ақ күріш егістерінің кеңеюімен және ірі қара мал басының өсуімен артады. Мұның бәрі климаттың жылынуына ықпал етеді.

Ауа райын өзгерту үшін атмосфералық процестерге белсенді әсер ету әдістері жасалған. Олар найзағайлы бұлттарда арнайы реагенттерді тарату арқылы ауылшаруашылық өсімдіктерін бұршақтан қорғау үшін қолданылады. Сондай-ақ әуежайларда тұманды тарату, өсімдіктерді аяздан қорғау, жауын-шашынды қажетті жерлерде көбейту үшін бұлттарға әсер ету немесе жаппай оқиғалар кезінде бұлтты тарату әдістері бар.

Атмосфераны зерттеу... Атмосферадағы физикалық процестер туралы ақпарат ең алдымен барлық континенттерде және көптеген аралдарда орналасқан тұрақты метеорологиялық станциялар мен посттардың ғаламдық желісі арқылы жүзеге асырылатын метеорологиялық бақылаулардан алынады. Күнделікті бақылаулар ауаның температурасы мен ылғалдылығы, атмосфералық қысым мен жауын-шашын, бұлттылық, жел және т.б. туралы ақпаратты береді.Күн радиациясын және оның түрленуін бақылау актинометриялық станцияларда жүргізіледі. Атмосфераны зерттеу үшін 30-35 км биіктікке дейін радиозондтардың көмегімен метеорологиялық өлшеулер жүргізілетін аэрологиялық станциялар желілерінің маңызы зор. Бірқатар станциялар атмосфералық озонды, атмосферадағы электрлік құбылыстарды және ауаның химиялық құрамын бақылайды.

Жерүсті станцияларының деректері мұхиттардың белгілі бір аудандарында тұрақты жұмыс істейтін «метеорологиялық кемелер» мұхиттардағы бақылаулармен, сондай-ақ зерттеу және басқа кемелерден алынған метеорологиялық ақпаратпен толықтырылады.

Соңғы онжылдықтарда бұлттарды суретке түсіруге және Күннің ультракүлгін, инфрақызыл және микротолқынды сәулелену ағындарын өлшеуге арналған аспаптармен жабдықталған метеорологиялық спутниктердің көмегімен атмосфера туралы ақпараттың көбеюі алынды. Спутниктер температураның тік профильдері, бұлттылық және оның су құрамы, атмосфераның радиациялық тепе-теңдігінің элементтері, мұхит бетінің температурасы және т.б. туралы ақпаратты алуға мүмкіндік береді ... Спутниктердің көмегімен Жердің күн тұрақтысы мен планетарлық альбедосының мәнін нақтылауға, Жер-атмосфералық жүйенің радиациялық балансының карталарын құруға, атмосфералық қоспалардың ізінің мазмұны мен өзгергіштігін өлшеуге, көптеген мәселелерді шешуге мүмкіндік туды. атмосфералық физика және қоршаған орта мониторингінің басқа да мәселелері.

Лит.: Будыко М.И. Өткен және болашақтағы климат. Л., 1980; Матвеев Л.Т. Жалпы метеорология курсы. Атмосфера физикасы. 2-ші басылым. Л., 1984; Будыко М.И., Ронов А.Б., Яншин А.Л. Атмосфера тарихы. Л., 1985; Khrgian A. Kh. Атмосфералық физика. М., 1986; Атмосфера: анықтамалық. Л., 1991; Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология және климатология. 5-ші басылым. М., 2001 ж.

Г.С.Голицын, Н.А.Зайцева.

Айта кету керек, Жер атмосферасының құрылымы мен құрамы біздің планетамыздың дамуында бір уақытта тұрақты мәндер болған жоқ. Бүгінгі күні жалпы «қалыңдығы» 1,5-2,0 мың км болатын бұл элементтің тік құрылымы бірнеше негізгі қабаттармен ұсынылған, соның ішінде:

1. Тропосфера.
2. Тропопауза.
3. Стратосфера.
4. Стратопауза.
5. Мезосфера және мезопауза.
6. Термосфера.
7. Экзосфера.

Атмосфераның негізгі элементтері

Тропосфера – күшті тік және көлденең қозғалыстар байқалатын қабат, дәл осы жерде ауа райы, шөгінді құбылыстар, климаттық жағдайлар қалыптасады. Ол полярлық аймақтарды қоспағанда (онда - 15 км-ге дейін) барлық жерде дерлік планетаның бетінен 7-8 шақырымға созылады. Тропосферада температураның бірте-бірте төмендеуі байқалады, әр километр биіктікте шамамен 6,4 ° C. Бұл көрсеткіш әртүрлі ендіктер мен маусымдар үшін әртүрлі болуы мүмкін.

Бұл бөліктегі Жер атмосферасының құрамы келесі элементтермен және олардың пайыздық мөлшерімен ұсынылған:

Азот - шамамен 78 пайыз;

Оттегі – 21 пайыз дерлік;

Аргон - шамамен бір пайыз;

Көмірқышқыл газы – 0,05%-дан аз.

90 шақырым биіктікке дейін жалғыз пойыз

Сонымен қатар, мұнда тропосферадағы шаң, су тамшылары, су буы, жану өнімдері, мұз кристалдары, теңіз тұздары, көптеген аэрозоль бөлшектері және т.б. Бірақ ондағы атмосфера түбегейлі әртүрлі физикалық қасиеттерге ие. Ортақ химиялық құрамы бар қабат гомосфера деп аталады.

Жер атмосферасына тағы қандай элементтер кіреді? Пайызбен (көлем бойынша, құрғақ ауада) криптон (шамамен 1,14 x 10 -4), ксенон (8,7 x 10 -7), сутегі (5,0 x 10 -5), метан (шамамен 1,7 x 10 -) сияқты газдар. 4), азот оксиді (5,0 x 10 -5) және т.б. Көрсетілген компоненттердің салмағы бойынша пайызбен аталған компоненттердің көпшілігі азот оксиді мен сутегі, одан кейін гелий, криптон және т.б.

Әртүрлі атмосфералық қабаттардың физикалық қасиеттері

Тропосфераның физикалық қасиеттері оның планетаның бетіне жабысуымен тығыз байланысты. Осы жерден инфрақызыл сәулелер түріндегі шағылысқан күн жылуы жылу өткізгіштік пен конвекция процестерін қоса алғанда, кері жоғары қарай бағытталады. Сондықтан жер бетінен қашықтыққа қарай температура төмендейді. Бұл құбылыс стратосфераның биіктігіне дейін (11-17 километр) байқалады, содан кейін температура 34-35 км-ге дейін іс жүзінде өзгермейді, содан кейін температура қайтадан 50 километр биіктікке көтеріледі (стратосфераның жоғарғы шекарасы) . Стратосфера мен тропосфера арасында тропопаузаның жұқа аралық қабаты (1-2 км-ге дейін) бар, мұнда тұрақты температура экватордан жоғары - шамамен минус 70 ° C және одан төмен байқалады. Полюстердің үстінде тропопауза жазда минус 45 ° С дейін «жылынады», қыста мұнда температура -65 ° С шамасында ауытқиды.

Жер атмосферасының газдық құрамына озон сияқты маңызды элемент кіреді. Ол жер бетіне жақын салыстырмалы түрде аз (пайыздың оннан минус алтыншы дәрежесі), өйткені газ атмосфераның жоғарғы бөліктеріндегі атомдық оттегінің күн сәулесінің әсерінен пайда болады. Атап айтқанда, озонның көп бөлігі шамамен 25 км биіктікте, ал бүкіл «озон экраны» полюс аймағында 7-8 км, экваторда 18 км-ден және жалпы алғанда елу километрге дейінгі аумақтарда орналасқан. планетаның бетінен жоғары.

Атмосфера күн радиациясынан қорғайды

Жер атмосферасының ауасының құрамы тіршілікті сақтауда өте маңызды рөл атқарады, өйткені жекелеген химиялық элементтер мен композициялар күн радиациясының жер бетіне және онда тұратын адамдарға, жануарларға және өсімдіктерге қол жеткізуін сәтті шектейді. Мысалы, су буының молекулалары 8-ден 13 микронға дейінгі диапазондағы ұзындықтарды қоспағанда, барлық дерлік инфрақызыл диапазондарды тиімді түрде сіңіреді. Озон 3100 А толқын ұзындығына дейін ультракүлгін сәулелерді жұтады. Оның жұқа қабаты болмаса (ол планетаның бетінде орналасса, орташа есеппен 3 мм болады), тек 10 метрден астам тереңдіктегі сулар мен жер асты үңгірлері. күн радиациясы жетпеген жерде тұруға болады ...

Стратопаузадағы нөл Цельсий

Атмосфераның келесі екі деңгейінің, стратосфера мен мезосфераның арасында тамаша қабат – стратопауза бар. Ол шамамен озон максимасының биіктігіне сәйкес келеді және адамдар үшін салыстырмалы түрде қолайлы температура бар - шамамен 0 ° C. Стратопаузадан жоғары, мезосферада (ол 50 км биіктікте бір жерден басталып, 80-90 км биіктікте аяқталады) Жер бетінен қашықтығы артқан сайын (минус 70-80 дейін) қайтадан температураның төмендеуі байқалады. ° C). Мезосферада метеориттер әдетте толығымен жанып кетеді.

Термосферада - плюс 2000 К!

Термосферадағы Жер атмосферасының химиялық құрамы (мезопаузадан кейін шамамен 85-90-дан 800 км биіктіктен басталады) күн сәулесінің әсерінен өте сирек кездесетін «ауа» қабаттарының біртіндеп қызуы сияқты құбылыстың мүмкіндігін анықтайды. радиация. Планетаның «ауа пердесінің» бұл бөлігінде оттегінің иондалуына (атомдық оттегі 300 км-ден жоғары орналасқан), сондай-ақ оттегі атомдарының рекомбинациясына байланысты алынатын 200-ден 2000 К-ге дейінгі температуралар кездеседі. көп мөлшерде жылу бөлінуімен бірге молекулаларға айналады. Термосфера - бұл полярлық сәулелердің бастауы.

Термосфераның үстінде экзосфера – атмосфераның сыртқы қабаты орналасқан, одан жарық және жылдам қозғалатын сутегі атомдары ғарышқа шыға алады. Жер атмосферасының химиялық құрамы мұнда төменгі қабаттардағы жеке оттегі атомдарымен, ортаңғы қабаттардағы гелий атомдарымен, ал жоғарғы қабаттардағы сутегі атомдарымен ғана көрсетілген. Мұнда жоғары температура басым - шамамен 3000 К және атмосфералық қысым жоқ.

Жер атмосферасы қалай пайда болды?

Бірақ, жоғарыда айтылғандай, планетада атмосфераның мұндай құрамы болған жоқ. Жалпы алғанда, бұл элементтің шығу тегі туралы үш тұжырымдама бар. Бірінші гипотеза атмосфераны протопланеталық бұлттан аккреция процесінде алынған деп болжайды. Дегенмен, бүгінгі күні бұл теория айтарлықтай сынға ұшырайды, өйткені мұндай бастапқы атмосфераны біздің планеталық жүйеде күннен күн «жел» бұзуы керек еді. Сонымен қатар, ұшпа элементтер тым жоғары температураға байланысты жердегі планеталардың түзілу аймағында тұра алмады деген болжам бар.

Жердің бастапқы атмосферасының құрамы, екінші гипотеза болжағандай, дамудың ерте кезеңдерінде Күн жүйесінің маңынан келген астероидтар мен кометалар бетін белсенді бомбалау нәтижесінде қалыптасуы мүмкін еді. Бұл тұжырымдаманы растау немесе жоққа шығару жеткілікті қиын.

IDG RAS-те тәжірибе

Ең дұрысы үшінші гипотеза, ол атмосфера шамамен 4 миллиард жыл бұрын жер қыртысының мантиясынан газдардың бөлінуі нәтижесінде пайда болды деп есептейді. Бұл тұжырымдама Ресей ғылым академиясының Геология және геология институтында Царев 2 деп аталатын эксперимент кезінде метеорлық материал үлгісін вакуумда қыздырған кезде тексерілді. Содан кейін H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 т.б. газдардың бөлінуі тіркелді.Сондықтан ғалымдар Жердің алғашқы атмосферасының химиялық құрамына су мен көмірқышқыл газы кіреді деп дұрыс болжады. фторид сутегі (HF) буы, көміртек оксиді газы (СО), күкіртті сутек (H 2 S), азот қосылыстары, сутегі, метан (CH 4), аммиак булары (NH 3), аргон және т.б. Бірінші атмосферадан шыққан су буы гидросфераның түзілуіне қатысты, көмірқышқыл газы органикалық заттар мен тау жыныстарында көбірек байланысқан күйде болды, азот қазіргі ауаның құрамына, сонымен қатар қайтадан шөгінді жыныстар мен органикалық заттарға өтті.

Жердің бастапқы атмосферасының құрамы қазіргі адамдардың тыныс алу аппаратынсыз онда болуына мүмкіндік бермейді, өйткені ол кезде қажетті мөлшерде оттегі болмаған. Бұл элемент бір жарым миллиард жыл бұрын айтарлықтай көлемде пайда болды, бұл біздің планетамыздың ең ежелгі тұрғындары болып табылатын көк-жасыл және басқа балдырларда фотосинтез процесінің дамуына байланысты деп саналады.

Оттегі минимумы

Жер атмосферасының құрамы бастапқыда дерлік аноксидті болғанын, ең көне (катархей) тау жыныстарында оңай тотыққан, бірақ тотықпаған графиттің (көміртек) кездесетіндігі дәлелдейді. Кейіннен байытылған темір оксидтерінің қабаттарын қамтитын жолақты темір рудалары пайда болды, бұл планетада молекулалық түрдегі қуатты оттегі көзінің пайда болуын білдіреді. Бірақ бұл элементтер тек мезгіл-мезгіл кездескен (мүмкін, дәл осындай балдырлар немесе басқа оттегі өндірушілер аноксик шөлдегі шағын аралдарда пайда болған), ал әлемнің қалған бөлігі анаэробты болды. Соңғысы оңай тотығатын пириттің химиялық реакциялардың іздері жоқ ағынмен өңделген тас түрінде табылғандығымен расталады. Ағынды сулар нашар аэрацияланбайтындықтан, кембрийге дейінгі атмосферада бүгінгі құрамның бір пайызынан аз оттегі бар екендігі дәлелденді.

Ауа құрамының революциялық өзгеруі

Шамамен протерозойдың ортасында (1,8 млрд жыл бұрын) әлем аэробты тыныс алуға көшкен кезде «оттегі төңкерісі» болды, оның барысында екі емес, 38-ден бір қоректік молекула (глюкоза) алуға болады. анаэробты тыныс алу) энергия бірліктері. Жер атмосферасының құрамы, оттегі бойынша қазіргі уақыттағы бір пайыздан аса бастады, организмдерді радиациядан қорғайтын озон қабаты пайда бола бастады. Трилобиттер сияқты ежелгі жануарлар қалың қабықтың астына «жасырынды». Содан бері және біздің заманымызға дейін негізгі «тыныс алу» элементінің мазмұны бірте-бірте өсіп, планетадағы тіршілік формаларының әртүрлі дамуын қамтамасыз етті.