Strana 7 z 10

Kyslík v zemskej atmosfére.

Kyslík hrá v živote našej planéty veľmi dôležitú úlohu.Živé organizmy ho využívajú na dýchanie, je súčasťou organických látok (bielkoviny, tuky, sacharidy). Ozónová vrstva atmosféry (O 3) zachytáva slnečné žiarenie, ktoré je nebezpečné pre existenciu života.

Obsah kyslíka v zložení zemskej atmosféry je približne 21 %. Po dusíku je to druhý najbežnejší plyn v atmosfére. V atmosfére je obsiahnutý vo forme molekúl O 2 . Vo vyšších vrstvách atmosféry sa však kyslík rozkladá na atómy (proces disociácie) a vo výške asi 200 km je pomer atómového kyslíka k molekulárnemu kyslíku približne 1:10.

Ozón (O 3) sa tvorí v horných vrstvách zemskej atmosféry pod vplyvom slnečného žiarenia. Ozónová vrstva atmosféry chráni živé organizmy pred škodlivým ultrafialovým žiarením.

Vývoj obsahu kyslíka v zemskej atmosfére.

Na samom začiatku vývoja Zeme bolo v atmosfére veľmi málo voľného kyslíka. Vznikol vo vyšších vrstvách atmosféry v procese fotodisociácie oxidu uhličitého a vody. Ale prakticky všetok vytvorený kyslík bol vynaložený na oxidáciu iných plynov a bol absorbovaný zemskou kôrou.

V určitom štádiu vývoja Zeme sa jej atmosféra oxidu uhličitého zmenila na dusíkovo-kyslíkovú atmosféru. Obsah kyslíka v atmosfére začal rýchlo rásť s objavením sa autotrofných fotosyntetických organizmov v oceáne. Nárast kyslíka v atmosfére viedol k oxidácii mnohých zložiek biosféry. Najskôr kyslík v predkambrických moriach absorbovalo železnaté železo, no po výraznom znížení obsahu rozpusteného železa v oceánoch sa začal kyslík hromadiť v hydrosfére a následne v zemskej atmosfére.

Zvyšovala sa úloha biochemických procesov živej hmoty biosféry pri tvorbe kyslíka. Vznikom vegetácie na kontinentoch sa začala moderná etapa vývoja zemskej atmosféry. V zemskej atmosfére bol stanovený konštantný obsah voľného kyslíka.

V súčasnosti je množstvo kyslíka v zemskej atmosfére vyrovnané tak, že množstvo vyprodukovaného kyslíka sa rovná absorbovanému množstvu. Stratu kyslíka v atmosfére v dôsledku procesov dýchania, rozkladu a horenia nahrádza kyslík uvoľnený pri fotosyntéze.

Cyklus kyslíka v prírode.

Geochemický cyklus kyslíka spája plynové a kvapalné škrupiny so zemskou kôrou.

Jeho vrcholy:

• uvoľňovanie voľného kyslíka počas fotosyntézy,
• oxidácia chemických prvkov,
• vstup extrémne oxidovaných zlúčenín do hlbokých zón zemskej kôry a ich čiastočná redukcia, a to aj v dôsledku zlúčenín uhlíka,
• odstraňovanie oxidu uhoľnatého a vody na povrch zemskej kôry a
• ich zapojenie do reakcie fotosyntézy.

Ryža. 1. Schéma kyslíkového cyklu v neviazanej forme.

Bol to článok" Kyslík v atmosfére Zeme - obsah v atmosfére 21%. ". Pokračuj v čítaní: „Oxid uhličitý v zemskej atmosfére. "

Články na tému "Atmosféra Zeme":

• Vplyv zemskej atmosféry na ľudský organizmus so zvyšujúcou sa nadmorskou výškou.

- vzduchový obal zeme, otáčajúci sa so Zemou. Horná hranica atmosféry sa bežne kreslí vo výškach 150 – 200 km. Spodná hranica je povrch Zeme.

Atmosférický vzduch je zmes plynov. Väčšinu jeho objemu v povrchovej vrstve vzduchu tvorí dusík (78 %) a kyslík (21 %). Okrem toho vzduch obsahuje inertné plyny (argón, hélium, neón atď.), oxid uhličitý (0,03), vodnú paru a rôzne pevné častice (prach, sadze, kryštály soli).

Vzduch je bezfarebný a farba oblohy sa vysvetľuje zvláštnosťami rozptylu svetelných vĺn.

Atmosféra pozostáva z niekoľkých vrstiev: troposféra, stratosféra, mezosféra a termosféra.

Spodná povrchová vrstva vzduchu je tzv troposféra. Jeho hrúbka nie je v rôznych zemepisných šírkach rovnaká. Troposféra opakuje tvar planéty a spolu so Zemou sa podieľa na osovej rotácii. Na rovníku sa hrúbka atmosféry pohybuje od 10 do 20 km. Je to viac na rovníku a menej na póloch. Troposféra sa vyznačuje maximálnou hustotou vzduchu, sú v nej sústredené 4/5 hmoty celej atmosféry. Troposféra určuje poveternostné podmienky: tu vznikajú rôzne vzduchové hmoty, tvoria sa oblaky a zrážky, dochádza k intenzívnemu horizontálnemu a vertikálnemu pohybu vzduchu.

Nad troposférou, do nadmorskej výšky 50 km, je stratosféra. Vyznačuje sa nižšou hustotou vzduchu, nie je v ňom vodná para. V spodnej časti stratosféry vo výškach okolo 25 km. existuje „ozónová clona“ – vrstva atmosféry so zvýšenou koncentráciou ozónu, ktorá pohlcuje ultrafialové žiarenie, ktoré je pre organizmy smrteľné.

V nadmorskej výške 50 až 80-90 km sa tiahne mezosféra. S rastúcou nadmorskou výškou teplota klesá s priemerným vertikálnym gradientom (0,25-0,3) ° / 100 m a hustota vzduchu klesá. Hlavným energetickým procesom je prenos tepla sálaním. Žiaru atmosféry spôsobujú zložité fotochemické procesy zahŕňajúce radikály, vibračne excitované molekuly.

Termosféra sa nachádza v nadmorskej výške 80-90 až 800 km. Hustota vzduchu je tu minimálna, stupeň ionizácie vzduchu je veľmi vysoký. Teplota sa mení v závislosti od aktivity Slnka. Kvôli veľkému počtu nabitých častíc sa tu pozorujú polárne žiary a magnetické búrky.

Atmosféra má veľký význam pre povahu Zeme. Dýchanie živých organizmov je nemožné bez kyslíka. Jeho ozónová vrstva chráni všetky živé veci pred škodlivými ultrafialovými lúčmi. Atmosféra vyrovnáva teplotné výkyvy: povrch Zeme sa v noci neprechladzuje a cez deň neprehrieva. V hustých vrstvách atmosférického vzduchu pred dosiahnutím povrchu planéty meteority vyhoria z tŕňov.

Atmosféra interaguje so všetkými škrupinami zeme. S jeho pomocou dochádza k výmene tepla a vlhkosti medzi oceánom a pevninou. Bez atmosféry by neboli mraky, zrážky, vetry.

Ekonomická činnosť človeka má výrazný nepriaznivý vplyv na ovzdušie. Dochádza k znečisteniu ovzdušia, čo vedie k zvýšeniu koncentrácie oxidu uhoľnatého (CO 2). A to prispieva ku globálnemu otepľovaniu a zvyšuje „skleníkový efekt“. Ozónová vrstva Zeme sa ničí kvôli priemyselnému a dopravnému odpadu.

Atmosféra potrebuje ochranu. Vo vyspelých krajinách sa prijíma súbor opatrení na ochranu ovzdušia pred znečistením.

Stále máte otázky? Chcete vedieť viac o atmosfére?
Ak chcete získať pomoc od tútora - zaregistrujte sa.

stránky, s úplným alebo čiastočným kopírovaním materiálu, je potrebný odkaz na zdroj.

Atmosféra Zeme

Atmosféra(od. starogréckyἀτμός - para a σφαῖρα - guľa) - plynuškrupina ( geosféra) obklopujúce planétu Zem... Jeho vnútorný povrch pokrýva hydrosféra a čiastočne štekať, vonkajší je ohraničený blízkozemskou časťou kozmického priestoru.

Súbor sekcií fyziky a chémie, ktoré študujú atmosféru, sa zvyčajne nazývajú fyzika atmosféry... Atmosféra určuje počasie na zemskom povrchu, študujúc počasie meteorológia a dlhodobé variácie podnebie - klimatológie.

Štruktúra atmosféry

Štruktúra atmosféry

Troposféra

Jeho horná hranica je v nadmorskej výške 8-10 km v polárnych, 10-12 km v miernych a 16-18 km v tropických zemepisných šírkach; v zime nižšia ako v lete. Spodná, hlavná vrstva atmosféry. Obsahuje viac ako 80 % celkovej hmotnosti atmosférického vzduchu a asi 90 % všetkej vodnej pary v atmosfére. Silne vyvinutý v troposfére turbulencie a konvekcia, vznikajú mraky, rozvíjať cyklóny a anticyklóny... Teplota klesá s rastúcou nadmorskou výškou s priemernou vertikálou gradient 0,65 ° / 100 m

Pre "normálne podmienky" na zemskom povrchu sa berú: hustota 1,2 kg / m3, barometrický tlak 101,35 kPa, teplota plus 20 ° C a relatívna vlhkosť 50%. Tieto podmienené ukazovatele majú čisto technický význam.

Stratosféra

Vrstva atmosféry sa nachádza vo výške 11 až 50 km. Charakteristická je mierna zmena teploty vo vrstve 11-25 km (spodná vrstva stratosféry) a jej zvýšenie vo vrstve 25-40 km z -56,5 na 0,8 °. S(horná vrstva stratosféry alebo oblasti inverzie). Po dosiahnutí hodnoty asi 273 K (takmer 0 °C) vo výške asi 40 km zostáva teplota konštantná až do výšky asi 55 km. Táto oblasť konštantnej teploty sa nazýva stratopauza a je hranicou medzi stratosférou a mezosféra.

Stratopauza

Hraničná vrstva atmosféry medzi stratosférou a mezosférou. Vertikálne rozloženie teploty má maximum (asi 0 °C).

mezosféra

Atmosféra Zeme

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

Mezopauza

Prechodná vrstva medzi mezosférou a termosférou. Vo vertikálnom rozložení teplôt je minimum (asi -90 °C).

Pocket Line

Výška nad hladinou mora, ktorá sa bežne považuje za hranicu medzi zemskou atmosférou a vesmírom.

Termosféra

Hlavný článok: Termosféra

Horná hranica je asi 800 km. Teplota stúpa do nadmorských výšok 200-300 km, kde dosahuje hodnoty rádovo 1500 K, potom zostáva takmer konštantná až do vysokých nadmorských výšok. Pod vplyvom ultrafialového a röntgenového slnečného žiarenia a kozmického žiarenia dochádza k ionizácii vzduchu (" polárne svetlá") - hlavné oblasti ionosféra ležať vo vnútri termosféry. Vo výškach nad 300 km prevláda atómový kyslík.

Atmosférické vrstvy až do výšky 120 km

Exosféra (Orb of Dispersion)

Exosféra- zóna rozptylu, vonkajšia časť termosféry, nachádzajúca sa nad 700 km. Plyn v exosfére je veľmi riedky, a preto dochádza k úniku jeho častíc do medziplanetárneho priestoru ( rozptyl).

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

Vo výške okolo 2000-3000 km sa exosféra postupne mení na tzv. blízkovesmírne vákuum, ktorý je naplnený vysoko riedkymi časticami medziplanetárneho plynu, najmä atómami vodíka. Tento plyn je však len zlomkom medziplanetárnej hmoty. Ďalšiu časť tvoria prachové častice kometárneho a meteorického pôvodu. Okrem extrémne riedkych prachových častíc do tohto priestoru preniká elektromagnetické a korpuskulárne žiarenie slnečného a galaktického pôvodu.

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

V závislosti od zloženia plynu v atmosfére, homosféra a heterosféra. Heterosféra - toto je oblasť, kde gravitácia ovplyvňuje oddeľovanie plynov, pretože ich miešanie v tejto výške je zanedbateľné. Preto premenlivé zloženie heterosféry. Pod ním leží dobre premiešaná, homogénna časť atmosféry, tzv homosféra... Hranica medzi týmito vrstvami je tzv turbopauza, leží v nadmorskej výške cca 120 km.

Fyzikálne vlastnosti

Hrúbka atmosféry je približne 2000 - 3000 km od povrchu Zeme. Celková hmotnosť vzduchu- (5,1-5,3) × 10 18 kg. Molárna hmotačistý suchý vzduch je 28,966. Tlak pri 0 °C pri hladine mora 101,325 kPa; kritická teplota£ 140,7 °C; kritický tlak 3,7 MPa; C p 1,0048 × 103 J / (kg K) (pri 0 °C), C v 0,7159 x 103 J/(kg K) (pri 0 °C). Rozpustnosť vzduchu vo vode pri 0 ° C - 0,036%, pri 25 ° C - 0,22%.

Fyziologické a iné vlastnosti atmosféry

Už vo výške 5 km nad morom má netrénovaný človek hladovanie kyslíkom a bez prispôsobenia sa ľudská výkonnosť výrazne znižuje. Tu končí fyziologická zóna atmosféry. Ľudské dýchanie sa stáva nemožným vo výške 15 km, hoci atmosféra obsahuje kyslík až do výšky asi 115 km.

Atmosféra nám dodáva kyslík, ktorý potrebujeme na dýchanie. V dôsledku poklesu celkového tlaku atmosféry pri stúpaní do nadmorskej výšky sa však zodpovedajúcim spôsobom znižuje aj parciálny tlak kyslíka.

Ľudské pľúca neustále obsahujú asi 3 litre alveolárneho vzduchu. Čiastočný tlak kyslíka v alveolárnom vzduchu pri normálnom atmosférickom tlaku je 110 mm Hg. Art., tlak oxidu uhličitého je 40 mm Hg. Art., a vodná para - 47 mm Hg. čl. So zvyšujúcou sa nadmorskou výškou tlak kyslíka klesá a celkový tlak vodnej pary a oxidu uhličitého v pľúcach zostáva takmer konštantný - asi 87 mm Hg. čl. Tok kyslíka do pľúc sa úplne zastaví, keď sa tlak okolitého vzduchu vyrovná tejto hodnote.

Vo výške asi 19-20 km klesá atmosférický tlak na 47 mm Hg. čl. Preto v tejto výške začne v ľudskom tele vrieť voda a intersticiálna tekutina. Mimo pretlakovej kabíny v týchto výškach nastáva smrť takmer okamžite. Z hľadiska fyziológie človeka teda „vesmír“ začína už vo výške 15-19 km.

Husté vrstvy vzduchu – troposféra a stratosféra – nás chránia pred škodlivými účinkami žiarenia. Pri dostatočnom riedení vzduchu vo výškach nad 36 km ionizuje žiarenia- primárne kozmické žiarenie; vo výškach nad 40 km pôsobí pre človeka nebezpečná ultrafialová časť slnečného spektra.

Ako stúpame do stále väčšej výšky nad zemským povrchom, postupne slabnú a potom úplne miznú nám známe javy pozorované v nižších vrstvách atmosféry, ako je šírenie zvuku, vznik aerodynamických zdvíhacia sila a odpor, prenos tepla konvekcia atď.

V riedkych vrstvách vzduchu sa šíri zvuk sa ukáže ako nemožné. Do výšok 60-90 km je stále možné využiť odpor a vztlak vzduchu na riadený aerodynamický let. Ale počnúc výškami 100-130 km, pojmy pozná každý pilot čísla M a zvuková bariéra strácajú svoj význam, je tam podmienené Pocket Line za ktorou sa začína sféra čisto balistického letu, ktorý je možné ovládať len pomocou reaktívnych síl.

Vo výškach nad 100 km chýba atmosfére aj ďalšia pozoruhodná vlastnosť - schopnosť absorbovať, viesť a odovzdávať tepelnú energiu konvekciou (t.j. miešaním vzduchu). To znamená, že rôzne prvky vybavenia, vybavenie orbitálnej vesmírnej stanice nebudú môcť chladiť zvonku tak, ako sa to bežne robí v lietadle – pomocou vzduchových trysiek a vzduchových radiátorov. V tejto nadmorskej výške, ako vo vesmíre všeobecne, je jediný spôsob prenosu tepla tepelné žiarenie.

Zloženie atmosféry

Zloženie suchého vzduchu

Atmosféru Zeme tvoria najmä plyny a rôzne nečistoty (prach, kvapôčky vody, ľadové kryštály, morské soli, splodiny horenia).

Koncentrácia plynov, ktoré tvoria atmosféru, je prakticky konštantná, s výnimkou vody (H 2 O) a oxidu uhličitého (CO 2).

Okrem plynov uvedených v tabuľke obsahuje atmosféra SO 2, NH 3, CO, ozón, uhľovodíkov, HCl, HF, páry Hg, ja 2 a NIE a mnoho iných plynov v malých množstvách. V troposfére je neustále veľké množstvo suspendovaných pevných a kvapalných častíc ( Rozprašovač).

História vzniku atmosféry

Podľa najbežnejšej teórie mala zemská atmosféra v priebehu času štyri rôzne zloženie. Spočiatku pozostával z ľahkých plynov ( vodík a hélium) zachytené z medziplanetárneho priestoru. Ide o tzv primárna atmosféra(asi pred štyrmi miliardami rokov). V ďalšej fáze viedla aktívna sopečná činnosť k nasýteniu atmosféry inými plynmi ako vodík (oxid uhličitý, amoniak, para). Tak to vzniklo sekundárna atmosféra(asi pred tromi miliardami rokov). Atmosféra bola regeneračná. Ďalej bol proces tvorby atmosféry určený nasledujúcimi faktormi:

úniku ľahkých plynov (vodík a hélium) do medziplanetárny priestor;

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

Postupne tieto faktory viedli k vzniku terciárna atmosféra, vyznačujúci sa oveľa nižším obsahom vodíka a oveľa vyšším obsahom dusíka a oxidu uhličitého (vzniknutého v dôsledku chemických reakcií z amoniaku a uhľovodíkov).

Dusík

Vznik veľkého množstva N 2 je spôsobený oxidáciou amoniakovo-vodíkovej atmosféry molekulárnym O 2, ktorý začal prúdiť z povrchu planéty v dôsledku fotosyntézy pred 3 miliardami rokov. N2 sa tiež uvoľňuje do atmosféry v dôsledku denitrifikácie dusičnanov a iných zlúčenín obsahujúcich dusík. Dusík sa oxiduje ozónom na NO vo vyšších vrstvách atmosféry.

Dusík N 2 reaguje len za špecifických podmienok (napríklad pri údere blesku). Oxidácia molekulárneho dusíka ozónom pri elektrických výbojoch sa využíva pri priemyselnej výrobe dusíkatých hnojív. Môže byť oxidovaný s nízkou spotrebou energie a premenený na biologicky aktívnu formu. cyanobaktérie (modrozelené riasy) a uzlové baktérie, ktoré tvoria rhizobiálne symbióza s strukoviny rastliny, tzv. siderates.

Kyslík

S objavením sa na Zemi sa zloženie atmosféry začalo radikálne meniť živé organizmy, ako výsledok fotosyntéza sprevádzané uvoľňovaním kyslíka a absorpciou oxidu uhličitého. Spočiatku sa kyslík spotreboval na oxidáciu redukovaných zlúčenín - amoniak, uhľovodíky, kyslá forma žľaza obsiahnuté v oceánoch atď. Na konci tejto etapy začal obsah kyslíka v atmosfére rásť. Postupne sa vytvorila moderná atmosféra s oxidačnými vlastnosťami. Pretože to spôsobilo vážne a dramatické zmeny v mnohých procesoch prebiehajúcich v atmosféru, litosféra a biosféra, bola táto udalosť pomenovaná Kyslíková katastrofa.

Počas fanerozoikum zmenilo sa zloženie atmosféry a obsah kyslíka. Korelovali predovšetkým s rýchlosťou ukladania organických sedimentárnych hornín. V obdobiach akumulácie uhlia teda obsah kyslíka v atmosfére zjavne výrazne prekročil súčasnú úroveň.

Oxid uhličitý

Obsah CO 2 v atmosfére závisí od vulkanickej činnosti a chemických procesov v zemských obaloch, ale predovšetkým od intenzity biosyntézy a rozkladu organickej hmoty v biosféra Zeme... Takmer všetka súčasná biomasa planéty (asi 2,4 × 10 12 ton ) vzniká v dôsledku oxidu uhličitého, dusíka a vodnej pary obsiahnutej v atmosférickom vzduchu. Pochovaný v oceán, v močiare a v lesov organické premení na uhlia, oleja a zemný plyn... (cm. Geochemický cyklus uhlíka)

Vzácne plyny

Zdroj inertných plynov - argón, hélium a kryptón- sopečné erupcie a rozpad rádioaktívnych prvkov. Zem vo všeobecnosti a najmä atmosféra sú v porovnaní s vesmírom ochudobnené o inertné plyny. Predpokladá sa, že dôvod spočíva v neustálom úniku plynov do medziplanetárneho priestoru.

Znečistenie vzduchu

V poslednej dobe začal byť vývoj atmosféry ovplyvňovaný človek... Výsledkom jeho činnosti bolo neustále výrazné zvyšovanie obsahu oxidu uhličitého v atmosfére v dôsledku spaľovania uhľovodíkových palív nahromadených v predchádzajúcich geologických érach. Obrovské množstvo CO 2 sa spotrebuje počas fotosyntézy a absorbuje ho svetové oceány. Tento plyn sa dostáva do atmosféry rozkladom uhličitanových hornín a organických látok rastlinného a živočíšneho pôvodu, ako aj vulkanizmom a ľudskou výrobnou činnosťou. Za posledných 100 rokov sa obsah CO 2 v atmosfére zvýšil o 10 %, pričom väčšina (360 miliárd ton) pochádza zo spaľovania paliva. Ak bude tempo rastu spaľovania paliva pokračovať, potom sa v nasledujúcich 50-60 rokoch množstvo CO2 v atmosfére zdvojnásobí a môže viesť k globálnej klimatickej zmeny.

Spaľovanie paliva je hlavným zdrojom znečisťujúcich plynov ( CO, NIE, SO 2 ). Oxid siričitý sa oxiduje vzdušným kyslíkom na SO 3 v hornej atmosfére, ktorá zasa interaguje s vodou a parami amoniaku, a z toho vyplýva kyselina sírová (H 2 SO 4 ) a síran amónny ((NH 4 ) 2 SO 4 ) návrat na povrch Zeme v podobe tzv. kyslý dážď. Použitie spaľovacie motory vedie k výraznému znečisteniu atmosféry oxidmi dusíka, uhľovodíkmi a zlúčeninami olova ( tetraetylolovo Pb (CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Znečistenie atmosféry aerosólmi je spôsobené prírodnými príčinami (výbuchy sopiek, prachové búrky, unášanie kvapiek morskej vody a peľu rastlín atď.), ako aj hospodárskou činnosťou človeka (ťažba rúd a stavebných materiálov, spaľovanie paliva, výroba cementu). , atď.). Intenzívne rozsiahle odstraňovanie pevných častíc do atmosféry je jednou z možných príčin klimatických zmien na planéte.

Na hladine mora 1013,25 hPa (asi 760 mm Hg). Globálna priemerná teplota vzduchu na zemskom povrchu je 15 °C, pričom teplota kolíše od približne 57 °C v subtropických púšťach do -89 °C v Antarktíde. Hustota vzduchu a tlak klesajú s výškou podľa zákona blízkeho exponenciáli.

Štruktúra atmosféry... Vertikálne má atmosféra vrstvenú štruktúru, ktorá je určená najmä vlastnosťami vertikálneho rozloženia teploty (obrázok), ktoré závisí od geografickej polohy, ročného obdobia, dennej doby atď. Spodná vrstva atmosféry – troposféra – sa vyznačuje poklesom teploty s výškou (asi o 6 °C na 1 km), jej výška je od 8-10 km v polárnych šírkach až po 16-18 km v trópoch. V dôsledku rýchleho poklesu hustoty vzduchu s výškou sa asi 80% celkovej hmotnosti atmosféry nachádza v troposfére. Nad troposférou sa nachádza stratosféra – vrstva, ktorá je vo všeobecnosti charakterizovaná nárastom teploty s výškou. Prechodná vrstva medzi troposférou a stratosférou sa nazýva tropopauza. V spodnej stratosfére do výšky asi 20 km sa teplota s výškou mení málo (tzv. izotermická oblasť) a často aj mierne klesá. Vyššie teplota stúpa v dôsledku absorpcie UV žiarenia zo Slnka ozónom, najskôr pomaly a od úrovne 34-36 km - rýchlejšie. Horná hranica stratosféry – stratopauza – sa nachádza vo výške 50-55 km, čo zodpovedá maximálnej teplote (260-270 K). Vrstva atmosféry nachádzajúca sa vo výške 55-85 km, kde teplota s výškou opäť klesá, sa nazýva mezosféra, na jej hornej hranici - mezopauza - teplota v lete dosahuje 150-160 K a 200- v zime 230 K. Nad mezopauzou začína termosféra - vrstva, vyznačujúca sa rýchlym nárastom teploty, dosahujúca vo výške 250 km 800-1200 K. Termosféra pohlcuje korpuskulárne a röntgenové žiarenie zo Slnka, spomaľuje a spaľuje meteory, preto plní funkciu ochrannej vrstvy Zeme. Ešte vyššie je exosféra, odkiaľ sa atmosférické plyny rozptyľujú v dôsledku disipácie do svetového priestoru a kde dochádza k postupnému prechodu z atmosféry do medziplanetárneho priestoru.

Zloženie atmosféry... Do výšky okolo 100 km je atmosféra prakticky homogénna v chemickom zložení a priemerná molekulová hmotnosť vzduchu (asi 29) je v nej konštantná. V blízkosti zemského povrchu sa atmosféra skladá z dusíka (asi 78,1 % objemu) a kyslíka (asi 20,9 %) a obsahuje aj malé množstvo argónu, oxidu uhličitého (oxid uhličitý), neónu a iných konštantných a premenlivých zložiek (pozri Vzduch ).

Okrem toho atmosféra obsahuje malé množstvá ozónu, oxidov dusíka, amoniaku, radónu atď. Relatívny obsah hlavných zložiek vzduchu je v priebehu času konštantný a rovnomerne v rôznych geografických oblastiach. Obsah vodnej pary a ozónu je premenlivý v priestore a čase; napriek ich nízkemu obsahu je ich úloha v atmosférických procesoch veľmi významná.

Nad 100-110 km dochádza k disociácii molekúl kyslíka, oxidu uhličitého a vodnej pary, takže molekulová hmotnosť vzduchu klesá. Vo výške okolo 1000 km začínajú dominovať ľahké plyny – hélium a vodík a ešte vyššie sa zemská atmosféra postupne mení na medziplanetárny plyn.

Najdôležitejšou premenlivou zložkou atmosféry je vodná para, ktorá sa do atmosféry uvoľňuje vyparovaním z povrchu vody a vlhkej pôdy, ako aj transpiráciou rastlinami. Relatívny obsah vodnej pary v blízkosti zemského povrchu sa pohybuje od 2,6 % v trópoch po 0,2 % v polárnych šírkach. S výškou rýchlo klesá a už v nadmorskej výške 1,5 - 2 km klesá o polovicu. Vertikálny stĺpec atmosféry v miernych zemepisných šírkach obsahuje asi 1,7 cm „vyzrážanej vodnej vrstvy“. Pri kondenzácii vodnej pary vznikajú oblaky, z ktorých padajú atmosférické zrážky v podobe dažďa, krúp, snehu.

Dôležitou zložkou atmosférického vzduchu je ozón, ktorý je z 90 % sústredený v stratosfére (medzi 10 až 50 km), asi 10 % sa nachádza v troposfére. Ozón zabezpečuje absorpciu tvrdého UV žiarenia (s vlnovou dĺžkou menšou ako 290 nm), a to je jeho ochranná úloha pre biosféru. Hodnoty celkového obsahu ozónu sa pohybujú v závislosti od zemepisnej šírky a ročného obdobia v rozmedzí od 0,22 do 0,45 cm (hrúbka ozónovej vrstvy pri tlaku p = 1 atm a teplote T = 0 ° C). V ozónových dierach pozorovaných na jar v Antarktíde od začiatku 80. rokov 20. storočia môže obsah ozónu klesnúť na 0,07 cm. Zvyšuje sa od rovníka k pólom a má ročné odchýlky s maximom na jar a minimom na jeseň a amplitúdou ročné kolísanie je v trópoch malé a rastie smerom k vysokým zemepisným šírkam. Podstatnou premenlivou zložkou atmosféry je oxid uhličitý, ktorého obsah v atmosfére sa za posledných 200 rokov zvýšil o 35 %, čo sa vysvetľuje najmä antropogénnym faktorom. Pozoruje sa jeho zemepisná šírka a sezónna variabilita spojená s fotosyntézou rastlín a rozpustnosťou v morskej vode (podľa Henryho zákona rozpustnosť plynu vo vode klesá so zvyšovaním jej teploty).

Dôležitú úlohu pri formovaní klímy na planéte zohráva atmosférický aerosól – pevné a kvapalné častice suspendované vo vzduchu s veľkosťou od niekoľkých nm až po desiatky mikrónov. Rozlišujú sa aerosóly prírodného a antropogénneho pôvodu. Aerosól vzniká v procese reakcií v plynnej fáze z odpadových produktov rastlín a ľudských hospodárskych činností, sopečných erupcií, v dôsledku stúpania prachu vetrom z povrchu planéty, najmä z jej púštnych oblastí a vzniká aj z kozmického prachu, ktorý padá do vyšších vrstiev atmosféry. Väčšina aerosólu sa sústreďuje v troposfére, aerosól zo sopečných erupcií tvorí vo výške okolo 20 km takzvanú Jungeovu vrstvu. Najväčšie množstvo antropogénneho aerosólu sa do ovzdušia dostáva v dôsledku prevádzky vozidiel a tepelných elektrární, chemickej výroby, spaľovania palív a pod. Preto sa v niektorých regiónoch zloženie atmosféry výrazne líši od bežného ovzdušia, čo si vyžadovalo vytvorenie špeciálnej služby na monitorovanie a monitorovanie úrovne znečistenia ovzdušia.

Evolúcia atmosféry... Moderná atmosféra má zjavne sekundárny pôvod: vznikla z plynov uvoľnených pevným obalom Zeme po dokončení formovania planéty asi pred 4,5 miliardami rokov. Počas geologickej histórie Zeme prešla atmosféra výraznými zmenami v zložení pod vplyvom viacerých faktorov: disipácia (prchavosť) plynov, hlavne ľahších, do kozmického priestoru; emisie plynov z litosféry v dôsledku sopečnej činnosti; chemické reakcie medzi zložkami atmosféry a horninami, ktoré tvoria zemskú kôru; fotochemické reakcie v samotnej atmosfére pod vplyvom slnečného UV žiarenia; narastanie (zachytávanie) hmoty medziplanetárneho prostredia (napríklad meteorickej hmoty). Vývoj atmosféry úzko súvisí s geologickými a geochemickými procesmi a posledné 3-4 miliardy rokov aj s činnosťou biosféry. Značná časť plynov tvoriacich súčasnú atmosféru (dusík, oxid uhličitý, vodná para) vznikla pri sopečnej činnosti a vpáde, ktorý ich vyniesol z hlbín Zeme. Kyslík sa objavil vo výrazných množstvách asi pred 2 miliardami rokov v dôsledku činnosti fotosyntetických organizmov, ktoré pôvodne vznikli v povrchových vodách oceánu.

Na základe údajov o chemickom zložení karbonátových ložísk boli získané odhady množstva oxidu uhličitého a kyslíka v atmosfére geologickej minulosti. Počas fanerozoika (posledných 570 miliónov rokov histórie Zeme) sa množstvo oxidu uhličitého v atmosfére značne líšilo v závislosti od úrovne sopečnej aktivity, teploty oceánov a úrovne fotosyntézy. Väčšinu tohto času bola koncentrácia oxidu uhličitého v atmosfére výrazne vyššia ako dnes (až 10-krát). Množstvo kyslíka vo fanerozoickej atmosfére sa výrazne zmenilo a prevládla tendencia k jeho zvýšeniu. V prekambrickej atmosfére bola hmotnosť oxidu uhličitého spravidla väčšia a hmotnosť kyslíka menšia ako vo fanerozoickej atmosfére. Kolísanie množstva oxidu uhličitého v minulosti malo výrazný vplyv na klímu, pri zvýšenej koncentrácii oxidu uhličitého zosilňovalo skleníkový efekt, vďaka čomu bola klíma v hlavnej časti fanerozoika oveľa teplejšia ako v novoveku. .

Atmosféra a život... Bez atmosféry by bola Zem mŕtvou planétou. Organický život prebieha v úzkej interakcii s atmosférou a s tým súvisiacou klímou a počasím. Má malú hmotnosť v porovnaní s planétou ako celkom (asi milióntina), atmosféra je nevyhnutnou podmienkou pre všetky formy života. Pre životne dôležitú činnosť organizmov má najväčší význam kyslík, dusík, vodná para, oxid uhličitý, ozón. Keď je oxid uhličitý absorbovaný fotosyntetickými rastlinami, vzniká organická hmota, ktorú ako zdroj energie využíva veľká väčšina živých organizmov vrátane ľudí. Kyslík je nevyhnutný pre existenciu aeróbnych organizmov, ktorým tok energie zabezpečujú oxidačné reakcie organických látok. Pre minerálnu výživu rastlín je potrebný dusík, asimilovaný niektorými mikroorganizmami (fixátory dusíka). Ozón, ktorý pohlcuje tvrdé UV žiarenie Slnka, výrazne tlmí túto životu škodlivú časť slnečného žiarenia. Kondenzácia vodnej pary v atmosfére, tvorba mrakov a následné vyzrážanie atmosférických zrážok dodáva pevnine vodu, bez ktorej nie sú možné žiadne formy života. Životná aktivita organizmov v hydrosfére je do značnej miery určená množstvom a chemickým zložením atmosférických plynov rozpustených vo vode. Keďže chemické zloženie atmosféry výrazne závisí od aktivít organizmov, možno biosféru a atmosféru považovať za súčasť jedného systému, ktorého udržiavanie a vývoj (pozri Biogeochemické cykly) mali veľký význam pre zmenu zloženia atmosféry počas celej histórie Zeme ako planéty.

Radiačná, tepelná a vodná bilancia atmosféry... Slnečné žiarenie je prakticky jediným zdrojom energie pre všetky fyzikálne procesy v atmosfére. Hlavnou črtou radiačného režimu atmosféry je takzvaný skleníkový efekt: atmosféra celkom dobre prepúšťa slnečné žiarenie na zemský povrch, aktívne však pohlcuje dlhovlnné tepelné žiarenie zemského povrchu, ktorého časť sa vracia na povrch. vo forme protižiarenia, ktoré kompenzuje sálavé tepelné straty zemským povrchom (pozri Atmosférické žiarenie ). Pri absencii atmosféry by priemerná teplota zemského povrchu bola -18 °C, v skutočnosti je to 15 °C. Prichádzajúce slnečné žiarenie je čiastočne (asi 20%) absorbované do atmosféry (hlavne vodnou parou, kvapôčkami vody, oxidom uhličitým, ozónom a aerosólmi) a je tiež rozptýlené (asi 7%) aerosólovými časticami a kolísaním hustoty (Rayleighov rozptyl ). Celkové žiarenie, ktoré dopadá na zemský povrch, sa od neho čiastočne (asi 23 %) odráža. Odrazivosť je určená odrazivosťou podkladového povrchu, takzvaným albedom. V priemere sa albedo Zeme pre integrálny tok slnečného žiarenia blíži k 30 %. Pohybuje sa od niekoľkých percent (suchá pôda a černozem) po 70 – 90 % pre čerstvo napadnutý sneh. Radiačná výmena tepla medzi zemským povrchom a atmosférou výrazne závisí od albeda a je určená efektívnym vyžarovaním zemského povrchu a ním absorbovaným protižiarením atmosféry. Algebraický súčet tokov žiarenia vstupujúcich do zemskej atmosféry z vesmíru a opúšťajúcich ju späť sa nazýva radiačná bilancia.

Premeny slnečného žiarenia po jeho absorpcii atmosférou a zemským povrchom určujú tepelnú rovnováhu Zeme ako planéty. Hlavným zdrojom tepla pre atmosféru je zemský povrch; teplo sa z neho odovzdáva nielen vo forme dlhovlnného žiarenia, ale aj konvekciou a uvoľňuje sa aj pri kondenzácii vodnej pary. Podiely týchto prílevov tepla sú v priemere 20 %, 7 % a 23 %. To tiež pridáva asi 20% tepla v dôsledku absorpcie priameho slnečného žiarenia. Tok slnečného žiarenia za jednotku času cez jednotku plochy kolmú na slnečné lúče a umiestnenú mimo atmosféry v priemernej vzdialenosti od Zeme k Slnku (tzv. slnečná konštanta) je 1367 W/m2, zmeny sú 1– 2 W / m2, v závislosti od cyklu slnečnej aktivity. Pri planetárnom albede okolo 30% je časový priemer globálneho prílevu slnečnej energie na planétu 239 W/m2. Keďže Zem ako planéta vyžaruje do vesmíru v priemere rovnaké množstvo energie, potom podľa Stefan-Boltzmannovho zákona je efektívna teplota vychádzajúceho tepelného dlhovlnného žiarenia 255 K (-18 °C). Zároveň je priemerná teplota zemského povrchu 15 ° C. Rozdiel 33 °C je spôsobený skleníkovým efektom.

Vodná bilancia atmosféry ako celku zodpovedá rovnosti množstva vlhkosti odparenej z povrchu Zeme a množstva zrážok dopadajúcich na zemský povrch. Atmosféra nad oceánmi dostáva viac vlhkosti z procesov vyparovania ako nad pevninou a 90 % stráca vo forme zrážok. Prebytočnú vodnú paru nad oceánmi unášajú na kontinenty vzdušné prúdy. Množstvo vodnej pary transportovanej do atmosféry z oceánov na kontinenty sa rovná objemu riek prúdiacich do oceánov.

Pohyb vzduchu... Zem má guľový tvar, takže do jej vysokých zemepisných šírok prichádza oveľa menej slnečného žiarenia ako do trópov. V dôsledku toho vznikajú veľké teplotné kontrasty medzi zemepisnými šírkami. Rozloženie teplôt výrazne ovplyvňuje aj relatívna poloha oceánov a kontinentov. V dôsledku veľkého množstva oceánskych vôd a vysokej tepelnej kapacity vody sú sezónne výkyvy teploty povrchu oceánu oveľa menšie ako na súši. V tomto ohľade je v stredných a vysokých zemepisných šírkach teplota vzduchu nad oceánmi v lete výrazne nižšia ako nad kontinentmi a vyššia v zime.

Nerovnomerné zahrievanie atmosféry v rôznych oblastiach zemegule spôsobuje nerovnomerné priestorové rozloženie atmosférického tlaku. Na úrovni mora je rozloženie tlaku charakterizované relatívne nízkymi hodnotami v blízkosti rovníka, nárastom v subtrópoch (pásy vysokého tlaku) a poklesom v stredných a vysokých zemepisných šírkach. Zároveň nad kontinentmi extratropických zemepisných šírok je tlak zvyčajne zvýšený v zime a znížený v lete, čo súvisí s rozložením teplôt. Vzduch pod vplyvom tlakového gradientu zažíva zrýchlenie z oblastí vysokého tlaku do oblastí nízkeho tlaku, čo vedie k pohybu vzdušných hmôt. Pohybujúce sa vzduchové hmoty sú tiež ovplyvnené vychyľovacou silou rotácie Zeme (Coriolisova sila), trecou silou, ktorá klesá s výškou, a s krivočiarymi trajektóriami a odstredivou silou. Veľký význam má turbulentné miešanie vzduchu (pozri Turbulencie v atmosfére).

S planetárnym rozložením tlaku je spojený komplexný systém prúdenia vzduchu (všeobecná cirkulácia atmosféry). V meridionálnej rovine sú v priemere vysledované dve alebo tri bunky meridionálnej cirkulácie. V blízkosti rovníka ohriaty vzduch stúpa a klesá v subtrópoch a vytvára Hadleyovu bunku. Na tom istom mieste sa zníži vzduch Ferrellovej spätnej bunky. Vo vysokých zemepisných šírkach je často vysledovaná priama polárna bunka. Meridiálne cirkulačné rýchlosti sú rádovo 1 m/s alebo menej. V dôsledku pôsobenia Coriolisovej sily sú vo väčšine atmosféry pozorované západné vetry s rýchlosťami v strednej troposfére okolo 15 m/s. Existujú relatívne stabilné veterné systémy. Patria sem pasáty - vetry vanúce z pásiem vysokého tlaku v subtrópoch k rovníku s výraznou východnou zložkou (od východu na západ). Monzúny sú pomerne stabilné - vzdušné prúdy, ktoré majú jasne výrazný sezónny charakter: v lete fúkajú z oceánu na pevninu a v zime opačným smerom. Obzvlášť pravidelné sú monzúny Indického oceánu. V stredných zemepisných šírkach je pohyb vzdušných hmôt prevažne západný (zo západu na východ). Ide o pásmo atmosférických frontov, na ktorých vznikajú veľké víry - cyklóny a anticyklóny, ktoré pokrývajú mnoho stoviek až tisícok kilometrov. Cyklóny sa vyskytujú aj v trópoch; tu sú menšie, ale veľmi vysoké rýchlosti vetra dosahujúce silu hurikánu (33 m/sa viac), takzvané tropické cyklóny. V Atlantiku a vo východnom Pacifiku sa nazývajú hurikány a v západnom Pacifiku sa nazývajú tajfúny. V hornej troposfére a spodnej stratosfére, v oblastiach oddeľujúcich priamu hadleyovskú meridionálnu cirkulačnú bunku a reverznú Ferrellovu bunku, sú často pozorované relatívne úzke, stovky kilometrov široké, tryskové prúdy s ostro ohraničenými hranicami, v ktorých vietor dosahuje 100-150 a dokonca 200 m / s.

Klíma a počasie... Rozdiel v množstve slnečného žiarenia prichádzajúceho v rôznych zemepisných šírkach na zemský povrch s rôznymi fyzikálnymi vlastnosťami určuje rozmanitosť podnebia Zeme. Od rovníka po tropické zemepisné šírky je teplota vzduchu v blízkosti zemského povrchu v priemere 25 – 30 °C a počas roka sa málo mení. V rovníkovej zóne býva veľa zrážok, čo tam vytvára podmienky pre nadmernú vlhkosť. V tropických zónach množstvo zrážok klesá a v niektorých oblastiach je veľmi nízke. Nachádzajú sa tu rozsiahle púšte Zeme.

V subtropických a stredných zemepisných šírkach sa teplota vzduchu počas roka výrazne mení a rozdiel medzi teplotami leta a zimy je veľký najmä v oblastiach kontinentov vzdialených od oceánov. V niektorých regiónoch východnej Sibíri teda ročná amplitúda teploty vzduchu dosahuje 65 ° C. Podmienky zvlhčovania v týchto zemepisných šírkach sú veľmi rôznorodé, závisia najmä od celkového režimu atmosférickej cirkulácie a z roka na rok sa výrazne líšia.

V polárnych zemepisných šírkach zostáva teplota počas celého roka nízka, aj keď sú tu výrazné sezónne výkyvy. To prispieva k rozšírenému rozšíreniu ľadovej pokrývky na oceánoch a pevnine a permafrostu, ktorý zaberá viac ako 65 % jeho plochy v Rusku, najmä na Sibíri.

V posledných desaťročiach sú zmeny globálnej klímy čoraz zreteľnejšie. Teploty stúpajú viac vo vysokých zemepisných šírkach ako v nízkych; viac v zime ako v lete; viac v noci ako cez deň. V priebehu 20. storočia sa priemerná ročná teplota vzduchu v blízkosti zemského povrchu v Rusku zvýšila o 1,5-2 ° C a v niektorých oblastiach Sibíri je nárast o niekoľko stupňov. S tým súvisí nárast skleníkového efektu v dôsledku zvýšenia koncentrácie stopových plynov.

Počasie je určené podmienkami atmosférickej cirkulácie a geografickou polohou terénu, najstabilnejšie je v trópoch a najpremenlivejšie v stredných a vysokých zemepisných šírkach. Predovšetkým sa počasie mení v zónach zmien vzduchových hmôt, spôsobených prechodom atmosférických frontov, cyklónov a anticyklón, prenášaním zrážok a zvýšeným vetrom. Údaje pre predpoveď počasia sa zhromažďujú na pozemných meteorologických staniciach, lodiach a lietadlách z meteorologických satelitov. Pozri tiež Meteorológia.

Optické, akustické a elektrické javy v atmosfére... Pri šírení elektromagnetického žiarenia v atmosfére v dôsledku lomu, absorpcie a rozptylu svetla vzduchom a rôznymi časticami (aerosól, ľadové kryštály, kvapky vody) vznikajú rôzne optické javy: dúhy, koruny, svätožiare, fatamorgány atď. Rozptyl svetla určuje zdanlivú výšku oblohy a modrú oblohu. Dosah viditeľnosti objektov je určený podmienkami šírenia svetla v atmosfére (pozri Atmosférická viditeľnosť). Komunikačný dosah a schopnosť detekovať objekty prístrojmi, vrátane možnosti astronomických pozorovaní z povrchu Zeme, závisí od priehľadnosti atmosféry pri rôznych vlnových dĺžkach. Fenomén súmraku hrá dôležitú úlohu pri štúdiu optických nehomogenít v stratosfére a mezosfére. Napríklad fotografovanie súmraku z kozmickej lode umožňuje odhaliť vrstvy aerosólu. Vlastnosti šírenia elektromagnetického žiarenia v atmosfére určujú presnosť metód diaľkového prieskumu jeho parametrov. Všetky tieto otázky, podobne ako mnohé iné, študuje atmosférická optika. Lom a rozptyl rádiových vĺn určujú možnosti rádiového príjmu (pozri Šírenie rádiových vĺn).

Šírenie zvuku v atmosfére závisí od priestorového rozloženia teploty a rýchlosti vetra (pozri Atmosférická akustika). Je to zaujímavé pre diaľkový prieskum atmosféry. Výbuchy náloží vypúšťaných raketami do vyšších vrstiev atmosféry poskytli množstvo informácií o veterných systémoch a priebehu teplôt v stratosfére a mezosfére. V stabilne vrstvenej atmosfére, keď teplota klesá s výškou pomalšie ako adiabatický gradient (9,8 K / km), vznikajú takzvané vnútorné vlny. Tieto vlny sa môžu šíriť smerom nahor do stratosféry a dokonca aj do mezosféry, kde sa zoslabujú, čím prispievajú k zvýšeniu vetra a turbulencií.

Záporný náboj Zeme a výsledné elektrické pole, atmosféra, spolu s elektricky nabitou ionosférou a magnetosférou vytvárajú globálny elektrický obvod. Dôležitú úlohu v tom zohráva tvorba mrakov a búrková elektrina. Nebezpečenstvo výbojov blesku vyvolalo potrebu vyvinúť metódy ochrany budov, stavieb, elektrických vedení a komunikácií pred bleskom. Tento jav je nebezpečný najmä pre letectvo. Výboje blesku spôsobujú atmosferické rádiové rušenie, nazývané atmosferické (pozri Pískanie atmosféry). Pri prudkom náraste sily elektrického poľa sú pozorované svetelné výboje, ktoré vznikajú v bodoch a ostrých rohoch predmetov vyčnievajúcich nad zemský povrch, na jednotlivých vrcholoch v horách a pod. (svetlá Elma). Atmosféra vždy obsahuje v závislosti od konkrétnych podmienok množstvo ľahkých a ťažkých iónov, ktoré určujú elektrickú vodivosť atmosféry. Hlavnými ionizátormi vzduchu v blízkosti zemského povrchu je žiarenie rádioaktívnych látok obsiahnutých v zemskej kôre a v atmosfére, ako aj kozmické žiarenie. Pozri tiež Atmosférická elektrina.

Vplyv človeka na atmosféru. V posledných storočiach došlo v dôsledku ľudskej činnosti k zvýšeniu koncentrácie skleníkových plynov v atmosfére. Percento oxidu uhličitého vzrástlo z 2,8-10 2 pred dvesto rokmi na 3,8-10 2 v roku 2005, obsah metánu - z 0,7-10 1 asi pred 300-400 rokmi na 1,8-10 -4 na začiatku r. 21. storočie; Asi 20 % nárastu skleníkového efektu za posledné storočie bolo dané freónmi, ktoré do polovice 20. storočia v atmosfére prakticky chýbali. Tieto látky sú uznané ako deštruktory stratosférického ozónu a ich výroba je zakázaná Montrealským protokolom z roku 1987. Stúpajúca koncentrácia oxidu uhličitého v atmosfére je spôsobená spaľovaním čoraz väčšieho množstva uhlia, ropy, plynu a iných druhov uhlíkových palív, ako aj odlesňovaním, v dôsledku čoho sa znižuje absorpcia oxidu uhličitého fotosyntézou. Koncentrácia metánu sa zvyšuje s rastom produkcie ropy a plynu (v dôsledku jeho strát), ako aj s rozšírením pestovania ryže a nárastom počtu dobytka. To všetko prispieva k otepľovaniu klímy.

Na zmenu počasia boli vyvinuté metódy aktívneho ovplyvňovania atmosférických procesov. Používajú sa na ochranu poľnohospodárskych rastlín pred krupobitím rozptýlením špeciálnych činidiel v búrkových oblakoch. Existujú aj metódy na rozptyľovanie hmly na letiskách, ochranu rastlín pred mrazom, pôsobenie na oblačnosť na zvýšenie zrážok na tých správnych miestach, alebo na rozptýlenie oblačnosti v čase hromadných udalostí.

Štúdium atmosféry... Informácie o fyzikálnych procesoch v atmosfére sa získavajú predovšetkým z meteorologických pozorovaní, ktoré vykonáva globálna sieť stálych meteorologických staníc a stanovíšť rozmiestnených na všetkých kontinentoch a na mnohých ostrovoch. Denné pozorovania poskytujú informácie o teplote a vlhkosti vzduchu, atmosférickom tlaku a zrážkach, oblačnosti, vetre atď. Pozorovania slnečného žiarenia a jeho premien sa vykonávajú na aktinometrických staniciach. Veľký význam pre štúdium atmosféry majú siete aerologických staníc, na ktorých sa vykonávajú meteorologické merania pomocou rádiosond až do nadmorskej výšky 30-35 km. Množstvo staníc monitoruje atmosférický ozón, elektrické javy v atmosfére a chemické zloženie ovzdušia.

Údaje pozemných staníc dopĺňajú pozorovania oceánov, kde operujú „meteorologické lode“, trvalo umiestnené v určitých oblastiach Svetového oceánu, ako aj meteorologické informácie získané z výskumných a iných plavidiel.

Čoraz viac informácií o atmosfére sa v posledných desaťročiach získava pomocou meteorologických družíc, ktoré sú vybavené prístrojmi na fotografovanie oblakov a meranie tokov ultrafialového, infračerveného a mikrovlnného žiarenia zo Slnka. Satelity umožňujú získať informácie o vertikálnych profiloch teploty, oblačnosti a jej vodnosti, prvkoch radiačnej bilancie atmosféry, teplote povrchu oceánu atď. ... Pomocou satelitov bolo možné objasniť hodnotu slnečnej konštanty a planetárneho albeda Zeme, zostaviť mapy radiačnej bilancie systému Zem-atmosféra, zmerať obsah a variabilitu stopových atmosférických nečistôt, vyriešiť mnoho ďalších problémov fyziky atmosféry a monitorovania životného prostredia.

Lit .: Budyko MI Klíma v minulosti a budúcnosti. L., 1980; Matveev L.T. Kurz všeobecnej meteorológie. Fyzika atmosféry. 2. vyd. L., 1984; Budyko M.I., Ronov A. B., Yanshin A. L. História atmosféry. L., 1985; Khrgian A. Kh. Atmosférická fyzika. M., 1986; Atmosféra: Príručka. L., 1991; Khromov S.P., Petrosyants M.A. Meteorológia a klimatológia. 5. vyd. M., 2001.

G. S. Golitsyn, N. A. Zaitseva.

Štruktúra a zloženie zemskej atmosféry, treba povedať, neboli vždy konštantné hodnoty v tom či onom čase vo vývoji našej planéty. Dnes je vertikálna štruktúra tohto prvku, ktorý má celkovú „hrúbku“ 1,5-2,0 tisíc km, reprezentovaná niekoľkými hlavnými vrstvami, vrátane:

1. Troposféra.
2. Tropopauza.
3. Stratosféra.
4. Stratopauza.
5. Mezosféra a mezopauza.
6. Termosféra.
7. Exosféra.

Základné prvky atmosféry

Troposféra je vrstva, v ktorej sú pozorované silné vertikálne a horizontálne pohyby, práve tu sa formuje počasie, sedimentárne javy a klimatické podmienky. Rozprestiera sa 7-8 kilometrov od povrchu planéty takmer všade, s výnimkou polárnych oblastí (tam - až 15 km). V troposfére dochádza k postupnému znižovaniu teploty, približne o 6,4 °C s každým kilometrom nadmorskej výšky. Tento údaj sa môže líšiť pre rôzne zemepisné šírky a ročné obdobia.

Zloženie zemskej atmosféry v tejto časti predstavujú tieto prvky a ich percentá:

Dusík - asi 78 percent;

Kyslík – takmer 21 percent;

Argón - asi jedno percento;

Oxid uhličitý - menej ako 0,05%.

Jediný vlak do nadmorskej výšky 90 kilometrov

Okrem toho tu možno v troposfére, ale aj v nadložných vrstvách nájsť prach, kvapky vody, vodnú paru, splodiny horenia, ľadové kryštály, morské soli, množstvo aerosólových častíc atď. Ale tamojšia atmosféra má zásadne iné fyzikálne vlastnosti. Vrstva, ktorá má spoločné chemické zloženie, sa nazýva homosféra.

Aké ďalšie prvky obsahuje zemská atmosféra? Ako percento (objemovo, v suchom vzduchu) plyny ako kryptón (asi 1,14 x 10-4), xenón (8,7 x 10-7), vodík (5,0 x 10-5), metán (asi 1,7 x 10-4 ), oxid dusný (5,0 x 10 -5) atď. V hmotnostných percentách uvedených zložiek je väčšina uvedených zložiek oxid dusný a vodík, nasledované héliom, kryptónom atď.

Fyzikálne vlastnosti rôznych vrstiev atmosféry

Fyzikálne vlastnosti troposféry úzko súvisia s jej priľnavosťou k povrchu planéty. Odtiaľ je odrazené slnečné teplo vo forme infračervených lúčov smerované späť nahor, vrátane procesov vedenia tepla a konvekcie. Preto teplota klesá so vzdialenosťou od zemského povrchu. Tento jav je pozorovaný do výšky stratosféry (11-17 km), potom sa teplota prakticky nemení do 34-35 km a potom teplota opäť stúpa do výšok 50 km (horná hranica stratosféry) . Medzi stratosférou a troposférou je tenká medzivrstva tropopauzy (do 1-2 km), kde sú nad rovníkom pozorované konštantné teploty - asi mínus 70 °C a nižšie. Nad pólmi sa tropopauza v lete „vyhreje“ na mínus 45 ° С, v zime tu teploty kolíšu okolo -65 ° С.

Zloženie plynu zemskej atmosféry zahŕňa taký dôležitý prvok, akým je ozón. Pri povrchu je relatívne malý (desať až mínus šiesta mocnina percenta), keďže plyn vzniká vplyvom slnečného žiarenia z atómového kyslíka v horných častiach atmosféry. Najmä väčšina ozónu je v nadmorskej výške okolo 25 km a celá „ozónová clona“ sa nachádza v oblastiach od 7 do 8 km v oblasti pólu, od 18 km pri rovníku a celkovo do päťdesiat kilometrov. nad povrchom planéty.

Atmosféra chráni pred slnečným žiarením

Zloženie ovzdušia zemskej atmosféry zohráva veľmi dôležitú úlohu pri zachovaní života, pretože jednotlivé chemické prvky a kompozície úspešne obmedzujú prístup slnečného žiarenia k zemskému povrchu a ľuďom, zvieratám a rastlinám žijúcim na ňom. Napríklad molekuly vodnej pary účinne absorbujú takmer všetky infračervené rozsahy, s výnimkou dĺžok v rozsahu od 8 do 13 mikrónov. Ozón pohlcuje ultrafialové svetlo až do vlnovej dĺžky 3100 A. Bez jeho tenkej vrstvy (bude mať v priemere len 3 mm, ak sa nachádza na povrchu planéty) sú len vody v hĺbke viac ako 10 metrov a podzemné jaskyne, kde slnečné žiarenie nedosiahne dá sa obývať...

Nula Celzia v stratopauze

Medzi ďalšími dvoma úrovňami atmosféry, stratosférou a mezosférou, sa nachádza pozoruhodná vrstva – stratopauza. Približne zodpovedá výške ozónových maxím a je tu pre človeka relatívne príjemná teplota - asi 0 °C. Nad stratopauzou, v mezosfére (začína niekde vo výške 50 km a končí vo výške 80-90 km), dochádza opäť k poklesu teplôt s rastúcou vzdialenosťou od zemského povrchu (až do mínus 70-80 ° С). V mezosfére meteory zvyčajne úplne zhoria.

V termosfére - plus 2000 K!

Chemické zloženie zemskej atmosféry v termosfére (začína po mezopauze z výšok cca 85-90 až 800 km) predurčuje možnosť takého javu, akým je postupné zahrievanie vrstiev veľmi riedkeho „vzduchu“ vplyvom slnečného žiarenia. žiarenia. V tejto časti „vzdušného závoja“ planéty sa vyskytujú teploty od 200 do 2000 K, ktoré sa získavajú v súvislosti s ionizáciou kyslíka (atómový kyslík sa nachádza nad 300 km), ako aj rekombináciou atómov kyslíka. do molekúl, sprevádzané uvoľňovaním veľkého množstva tepla. Termosféra je pôvodom polárnej žiary.

Nad termosférou sa nachádza exosféra – vonkajšia vrstva atmosféry, z ktorej môžu do vesmíru unikať ľahké a rýchlo sa pohybujúce vodíkové atómy. Chemické zloženie zemskej atmosféry je tu zastúpené skôr jednotlivými atómami kyslíka v spodných vrstvách, atómami hélia v stredných a takmer výlučne atómami vodíka vo vyšších. Prevládajú tu vysoké teploty - okolo 3000 K a nie je tu žiadny atmosférický tlak.

Ako sa vytvorila zemská atmosféra?

Ale, ako už bolo spomenuté vyššie, planéta nemala vždy také zloženie atmosféry. Celkovo existujú tri koncepty pôvodu tohto prvku. Prvá hypotéza naznačuje, že atmosféra bola odobratá z protoplanetárneho oblaku počas akrécie. Dnes je však táto teória predmetom značnej kritiky, keďže takúto primárnu atmosféru mal v našej planetárnej sústave zničiť slnečný „vietor“ zo slnka. Okrem toho sa predpokladá, že prchavé prvky nemohli zostať v zóne formovania terestrických planét kvôli príliš vysokým teplotám.

Zloženie primárnej atmosféry Zeme, ako naznačuje druhá hypotéza, mohlo vzniknúť v dôsledku aktívneho bombardovania povrchu asteroidmi a kométami, ktoré prileteli z blízkosti slnečnej sústavy v raných štádiách vývoja. Potvrdenie alebo vyvrátenie tohto konceptu je dosť ťažké.

Experiment na IDG RAS

Najpravdepodobnejšia je tretia hypotéza, ktorá sa domnieva, že atmosféra sa objavila v dôsledku uvoľnenia plynov z plášťa zemskej kôry asi pred 4 miliardami rokov. Tento koncept bol overený na IDG RAS počas experimentu s názvom Tsarev 2, keď sa vzorka meteorického materiálu zahrievala vo vákuu. Potom bolo zaznamenané uvoľňovanie plynov ako H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 atď.. Vedci preto správne predpokladali, že chemické zloženie primárnej atmosféry Zeme zahŕňa vodu a oxid uhličitý, pary fluorovodíka (HF), plynný oxid uhoľnatý (CO), sírovodík (H 2 S), zlúčeniny dusíka, vodík, metán (CH 4), pary amoniaku (NH 3), argón atď. Vodná para z primárnej atmosféry podieľal sa na vzniku hydrosféry, oxid uhličitý sa vo väčšej miere vo viazanom stave objavoval v organickej hmote a horninách, dusík prechádzal do zloženia súčasného ovzdušia a tiež opäť do sedimentárnych hornín a organickej hmoty.

Zloženie primárnej atmosféry Zeme by moderným ľuďom neumožnilo byť v nej bez dýchacích prístrojov, keďže v tom čase tam nebol kyslík v požadovanom množstve. Predpokladá sa, že tento prvok sa objavil vo významných objemoch pred jeden a pol miliardou rokov v súvislosti s vývojom procesu fotosyntézy v modrozelených a iných riasach, ktoré sú najstaršími obyvateľmi našej planéty.

Minimum kyslíka

O tom, že zloženie zemskej atmosféry bolo spočiatku takmer anoxické, svedčí skutočnosť, že ľahko oxidovateľný, ale nezoxidovaný grafit (uhlík) sa nachádza v najstarších (katarcheských) horninách. Následne sa objavili takzvané pásové železné rudy, ktoré obsahovali vrstvy obohatených oxidov železa, čo znamená, že sa na planéte objavil silný zdroj kyslíka v molekulárnej forme. Tieto prvky sa však objavovali len periodicky (možno tie isté riasy alebo iní producenti kyslíka sa objavili ako malé ostrovy v anoxickej púšti), zatiaľ čo zvyšok sveta bol anaeróbny. Toto podporuje skutočnosť, že ľahko oxidovateľný pyrit bol nájdený vo forme kamienkov spracovaných prúdom bez stôp po chemických reakciách. Keďže tečúce vody nemožno zle prevzdušňovať, tvrdilo sa, že atmosféra pred začiatkom kambria obsahovala menej ako jedno percento kyslíka dnešného zloženia.

Revolučná zmena v zložení vzduchu

Približne v polovici prvohôr (pred 1,8 miliardami rokov) prebehla „kyslíková revolúcia“, keď svet prešiel na aeróbne dýchanie, počas ktorého možno z jednej molekuly živiny (glukózy) získať 38 a nie dve (ako napr. anaeróbne dýchanie) jednotky energie. Zloženie zemskej atmosféry, čo sa týka kyslíka, začalo presahovať jedno percento súčasnosti, začala sa objavovať ozónová vrstva, chrániaca organizmy pred žiarením. Práve pred ňou sa pod hrubé panciere „schovávali“ prastaré zvieratá ako trilobity. Odvtedy a až do našich čias sa obsah hlavného „dýchacieho“ prvku postupne a pomaly zvyšoval, čo zaisťuje rôznorodý rozvoj foriem života na planéte.