Koliko kilometara do stratosfere od Zemlje. Glavni slojevi Zemljine atmosfere u rastućem redoslijedu

Plava planeta...

Ova tema je trebala da se pojavi na sajtu kao jedna od prvih. Uostalom, helikopteri su atmosferski avioni. Zemljina atmosfera- njihovo, da tako kažem, stanište :-). A fizičke osobine vazduha samo odredite kvalitet ovog staništa :-). Dakle, to je jedna od osnova. A osnova je uvijek napisana prva. Ali tek sada sam to shvatio. Ipak, bolje je, kao što znate, kasno nego nikad... Hajde da se dotaknemo ovog pitanja, ali bez upuštanja u divljinu i nepotrebne poteškoće :-).

Dakle… Zemljina atmosfera. Ovo je gasovita ljuska naše plave planete. Svi znaju ovo ime. Zašto plava? Jednostavno zato što je "plava" (kao i plava i ljubičasta) komponenta sunčeva svetlost(spektar) se najbolje raspršuje u atmosferi, bojeći ga u plavkasto-plavkasto, ponekad s nijansom ljubičasti ton(naravno po sunčanom danu :-)).

Sastav Zemljine atmosfere.

Sastav atmosfere je prilično širok. Neću navoditi sve komponente u tekstu, postoji dobra ilustracija za to.Sastav svih ovih gasova je skoro konstantan, sa izuzetkom ugljen-dioksida (CO 2 ). Osim toga, atmosfera nužno sadrži vodu u obliku para, suspendiranih kapljica ili kristala leda. Količina vode nije konstantna i zavisi od temperature i, in manji stepen, na pritisak vazduha. Osim toga, Zemljina atmosfera (naročito sadašnja) sadrži i određenu količinu, rekao bih "svakakvih prljavština" :-). To su SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, osim toga tu su i živine pare Hg. Istina, svega toga ima u malim količinama, hvala Bogu :-).

Zemljina atmosfera Uobičajeno je podijeliti u nekoliko zona koje slijede jedna drugu po visini iznad površine.

Prva, najbliža zemlji, je troposfera. Ovo je najniži i, da tako kažem, glavni sloj za život. različite vrste. Sadrži 80% mase cjelokupnog atmosferskog zraka (iako po zapremini čini samo oko 1% cjelokupne atmosfere) i oko 90% sve atmosferske vode. Glavnina svih vjetrova, oblaka, kiša i snijega 🙂 dolazi odatle. Troposfera se proteže do visina od oko 18 km u tropskim geografskim širinama i do 10 km u polarnim širinama. Temperatura vazduha u njemu opada uz porast od oko 0,65º na svakih 100 m.

atmosferske zone.

Druga zona je stratosfera. Moram reći da se između troposfere i stratosfere razlikuje još jedna uska zona - tropopauza. Zaustavlja pad temperature sa visinom. Tropauza ima prosječnu debljinu od 1,5-2 km, ali njene granice su nejasne i troposfera se često preklapa sa stratosferom.

Dakle, stratosfera ima prosječnu visinu od 12 km do 50 km. Temperatura u njemu do 25 km ostaje nepromijenjena (oko -57ºS), zatim negdje do 40 km raste do oko 0ºS i dalje do 50 km ostaje nepromijenjena. Stratosfera je relativno miran dio Zemljine atmosfere. U njemu praktično nema nepovoljnih vremenskih uslova. Čuveni ozonski omotač nalazi se u stratosferi na visinama od 15-20 km do 55-60 km.

Nakon toga slijedi mala stratopauza graničnog sloja, u kojoj temperatura ostaje oko 0ºS, a zatim je sljedeća zona mezosfera. Prostire se na nadmorskoj visini od 80-90 km, a u njemu temperatura pada na oko 80ºS. U mezosferi obično postaju vidljivi mali meteori, koji počinju da sijaju u njoj i tamo izgore.

Sljedeći uski jaz je mezopauza i iza nje zona termosfere. Njegova visina je do 700-800 km. Ovdje temperatura ponovo počinje rasti i na visinama od oko 300 km može dostići vrijednosti reda veličine 1200ºS. Nakon toga ostaje konstantan. Jonosfera se nalazi unutar termosfere do visine od oko 400 km. Ovdje je zrak jako joniziran zbog izlaganja sunčevom zračenju i ima visoku električnu provodljivost.

Sljedeća i, općenito, posljednja zona je egzosfera. Ovo je takozvana zona raspršivanja. Ovdje su uglavnom prisutni vrlo razrijeđeni vodonik i helijum (sa prevlašću vodonika). Na visinama od oko 3000 km, egzosfera prelazi u bliski svemirski vakuum.

Tako je negde. Zašto oko? Zato što su ovi slojevi prilično uslovni. Moguće su različite promjene nadmorske visine, sastava plinova, vode, temperature, jonizacije i tako dalje. Osim toga, postoji još mnogo pojmova koji definiraju strukturu i stanje Zemljine atmosfere.

Na primjer homosfera i heterosfera. U prvom, atmosferski gasovi su dobro pomešani i njihov sastav je prilično homogen. Drugi se nalazi iznad prvog i tamo praktično nema takvog miješanja. Gasovi se odvajaju gravitacijom. Granica između ovih slojeva nalazi se na nadmorskoj visini od 120 km, a naziva se turbopauza.

Završimo sa terminima, ali ću svakako dodati da je konvencionalno prihvaćeno da se granica atmosfere nalazi na nadmorskoj visini od 100 km. Ova granica se zove Karmanova linija.

Dodaću još dvije slike da ilustrujem strukturu atmosfere. Prvi je, međutim, na njemačkom, ali je potpun i lako razumljiv :-). Može se uvećati i dobro razmotriti. Drugi prikazuje promjenu atmosferske temperature s visinom.

Struktura Zemljine atmosfere.

Promjena temperature zraka sa visinom.

Moderne orbitalne svemirske letjelice s ljudskom posadom lete na visinama od oko 300-400 km. Međutim, ovo više nije avijacija, iako je regija, naravno, tu u određenom smislu blisko povezani, i sigurno ćemo o tome pričati :-).

Zona avijacije je troposfera. Moderni atmosferski avioni mogu letjeti i u nižim slojevima stratosfere. Na primjer, praktičan plafon MIG-25RB je 23000 m.

Let u stratosferi.

I tačno fizičke osobine vazduha troposfere određuju kako će biti let, koliko će biti efikasan sistem upravljanja avionom, kako će turbulencija u atmosferi uticati na to, kako će motori raditi.

Prva glavna imovina je temperatura vazduha. U plinskoj dinamici, može se odrediti na Celzijusovoj skali ili na Kelvinovoj skali.

Temperatura t1 na datoj visini H na Celzijusovoj skali određuje se:

t 1 \u003d t - 6,5N, Gdje t je temperatura vazduha pri tlu.

Temperatura na Kelvinovoj skali se naziva apsolutna temperatura Nula na ovoj skali je apsolutna nula. Na apsolutnoj nuli, termičko kretanje molekula prestaje. Apsolutna nula na Kelvinovoj skali odgovara -273º na Celzijusovoj skali.

Shodno tome, temperatura T na visokom H na Kelvinovoj skali se određuje:

T \u003d 273K + t - 6,5H

Zračni pritisak. Atmosferski pritisak se meri u Paskalima (N/m 2), u starom sistemu merenja u atmosferama (atm.). Postoji i barometarski pritisak. Ovo je pritisak izmjeren u milimetrima žive pomoću živinog barometra. Barometarski pritisak (pritisak na nivou mora) jednak 760 mm Hg. Art. naziva se standardnim. U fizici, 1 atm. samo jednako 760 mm Hg.

Gustina zraka. U aerodinamici, najčešće korišten koncept je masena gustina zraka. Ovo je masa vazduha u 1 m3 zapremine. Gustina vazduha se menja sa visinom, vazduh postaje tanji.

Vlažnost vazduha. Pokazuje količinu vode u zraku. postoji koncept " relativna vlažnost". Ovo je omjer mase vodene pare prema maksimalnom mogućem na datoj temperaturi. Koncept 0%, odnosno kada je vazduh potpuno suv, može postojati generalno samo u laboratoriji. S druge strane, 100% vlažnost je sasvim realna. To znači da je vazduh apsorbovao svu vodu koju je mogao apsorbovati. Nešto kao apsolutno "pun sunđer". Visoka relativna vlažnost smanjuje gustinu vazduha, dok je niska relativna vlažnost u skladu s tim povećava.

Zbog činjenice da se letovi zrakoplova odvijaju u različitim atmosferskim uvjetima, njihovi letni i aerodinamički parametri u jednom režimu leta mogu biti različiti. Stoga smo za ispravnu procjenu ovih parametara uveli Međunarodna standardna atmosfera (ISA). Pokazuje promjenu stanja zraka s porastom visine.

Glavni parametri stanja vazduha pri nultoj vlažnosti se uzimaju kao:

pritisak P = 760 mm Hg. Art. (101,3 kPa);

temperatura t = +15°C (288 K);

masena gustina ρ = 1,225 kg / m 3;

Za ISA se pretpostavlja (kao što je gore spomenuto :-)) da temperatura u troposferi pada za 0,65º na svakih 100 metara visine.

Standardna atmosfera (primjer do 10000 m).

ISA tablice se koriste za kalibraciju instrumenata, kao i za navigacijske i inženjerske proračune.

Fizička svojstva vazduha također uključuju koncepte kao što su inertnost, viskoznost i kompresibilnost.

Inercija je svojstvo zraka koje karakterizira njegovu sposobnost da se odupre promjenama u stanju mirovanja ili ravnomjernom pravolinijskom kretanju. . Mjera inercije je masena gustina zraka. Što je veća, veća je inercija i sila otpora medija kada se avion kreće u njemu.

Viskoznost. Određuje otpor trenja prema zraku dok se avion kreće.

Kompresibilnost mjeri promjenu gustine zraka kako se mijenja pritisak. Pri malim brzinama aviona(do 450 km/h), nema promjene tlaka kada struja zraka struji oko njega, ali pri velikim brzinama počinje da se javlja efekat kompresibilnosti. Posebno je izražen njegov uticaj na supersonik. Ovo je posebna oblast ​​aerodinamike i tema za poseban članak :-).

Pa, čini se da je to sve za sada... Vrijeme je da završimo ovo pomalo zamorno nabrajanje, koje se, međutim, ne može mimoići :-). Zemljina atmosfera, njegovi parametri, fizičke osobine vazduha Za avion su važni koliko i parametri samog aparata i bilo ih je nemoguće ne spomenuti.

Za sada, do narednih susreta i još zanimljivih tema 🙂…

P.S. Za desert predlažem da pogledate video snimljen iz kokpita MIG-25PU blizanca tokom leta u stratosferu. Snimio, po svemu sudeći, turista koji ima para za takve letove :-). Pucano uglavnom kroz Vjetrobran. Obratite pažnju na boju neba...

- vazdušna školjka globus rotirajući sa zemljom. Gornja granica atmosfere konvencionalno se provodi na visinama od 150-200 km. Donja granica je površina Zemlje.

Atmosferski vazduh je mešavina gasova. Najveći dio njegove zapremine u površinskom sloju zraka čini dušik (78%) i kisik (21%). Pored toga, vazduh sadrži inertne gasove (argon, helijum, neon, itd.), ugljen-dioksid (0,03), vodenu paru i razne čvrste čestice (prašinu, čađ, kristale soli).

Vazduh je bezbojan, a boja neba objašnjava se posebnostima rasipanja svetlosnih talasa.

Atmosfera se sastoji od nekoliko slojeva: troposfere, stratosfere, mezosfere i termosfere.

Donji sloj vazduha se zove troposfera. Na različitim geografskim širinama, njegova snaga nije ista. Troposfera ponavlja oblik planete i učestvuje, zajedno sa Zemljom, u aksijalna rotacija. Na ekvatoru debljina atmosfere varira od 10 do 20 km. Na ekvatoru je veći, a na polovima manji. Troposferu karakterizira najveća gustina zraka, u njoj je koncentrisano 4/5 mase cijele atmosfere. Troposfera određuje vremenske prilike: ovdje se formiraju različite zračne mase, nastaju oblaci i padavine, dolazi do intenzivnog horizontalnog i vertikalnog kretanja zraka.

Iznad troposfere, do visine od 50 km, nalazi se stratosfera. Odlikuje ga manja gustina vazduha, u njemu nema vodene pare. U donjem dijelu stratosfere na visinama od oko 25 km. nalazi "ozonski ekran" - sloj atmosfere sa povećana koncentracija ozon, koji apsorbira ultraljubičasto zračenje, koje je pogubno za organizme.

Na nadmorskoj visini od 50 do 80-90 km prostire se mezosfera. Kako se visina povećava, temperatura opada sa prosječnim vertikalnim gradijentom od (0,25-0,3)°/100 m, a gustina zraka opada. Glavni energetski proces je prijenos topline zračenja. Sjaj atmosfere nastaje zbog složenih fotohemijskih procesa koji uključuju radikale, vibraciono pobuđene molekule.

Termosfera nalazi se na nadmorskoj visini od 80-90 do 800 km. Gustina vazduha je ovde minimalna, stepen jonizacije vazduha je veoma visok. Temperatura se mijenja ovisno o aktivnosti Sunca. Zbog velikog broja nabijenih čestica, ovdje se uočavaju aurore i magnetne oluje.

Atmosfera je od velikog značaja za prirodu Zemlje. Bez kiseonika, živi organizmi ne mogu disati. Njegov ozonski omotač štiti sva živa bića od štetnih ultraljubičastih zraka. Atmosfera izglađuje temperaturne fluktuacije: Zemljina površina se ne prehlađuje noću i ne pregreva se tokom dana. U gustim slojevima atmosferskog zraka, koji ne dopiru do površine planete, meteoriti izgaraju iz trnja.

Atmosfera je u interakciji sa svim školjkama Zemlje. Uz njegovu pomoć, razmjena topline i vlage između okeana i kopna. Bez atmosfere ne bi bilo oblaka, padavina, vjetrova.

Ljudske aktivnosti imaju značajan negativan uticaj na atmosferu. Dolazi do zagađenja zraka, što dovodi do povećanja koncentracije ugljičnog monoksida (CO 2). A to doprinosi globalnom zagrijavanju i pojačava "efekat staklene bašte". Ozonski omotač Zemlje se uništava zbog industrijskog otpada i transporta.

Atmosferu treba zaštititi. U razvijenim zemljama se preduzima niz mjera za zaštitu atmosferskog zraka od zagađenja.

Imate bilo kakvih pitanja? Želite li saznati više o atmosferi?
Da dobijete pomoć tutora - registrujte se.

stranice, uz potpuno ili djelomično kopiranje materijala, obavezan je link na izvor.

Atmosfera(od grčkog atmos - para i spharia - lopta) - zračna ljuska Zemlje koja se rotira s njom. Razvoj atmosfere bio je usko povezan sa geološkim i geohemijskim procesima koji se odvijaju na našoj planeti, kao i sa aktivnostima živih organizama.

Donja granica atmosfere poklapa se sa površinom Zemlje, jer zrak prodire u najmanje pore u tlu i rastvara se čak iu vodi.

Gornja granica na visini od 2000-3000 km postepeno prelazi u svemir.

Atmosfera bogata kiseonikom omogućava život na Zemlji. Atmosferski kisik se koristi u procesu disanja ljudi, životinja i biljaka.

Da nema atmosfere, Zemlja bi bila tiha kao mjesec. Uostalom, zvuk je vibracija čestica zraka. Plava boja neba objašnjava se činjenicom da se sunčeve zrake, prolazeći kroz atmosferu, kao kroz sočivo, razlažu na svoje sastavne boje. U ovom slučaju, zraci plave i plave boje su najviše raspršeni.

Atmosfera zadržava većinu ultraljubičastog zračenja Sunca, koje ima štetan učinak na žive organizme. Takođe zadržava toplotu na površini Zemlje, sprečavajući našu planetu da se ohladi.

Struktura atmosfere

U atmosferi se može razlikovati nekoliko slojeva koji se razlikuju po gustoći i gustoći (slika 1).

Troposfera

Troposfera- najniži sloj atmosfere, čija je debljina iznad polova 8-10 km, u umjerenim geografskim širinama - 10-12 km, a iznad ekvatora - 16-18 km.

Rice. 1. Struktura Zemljine atmosfere

Vazduh u troposferi se zagreva zemljine površine, odnosno sa zemlje i vode. Dakle, temperatura vazduha u ovom sloju opada sa visinom u proseku za 0,6 °C na svakih 100 m. Na gornjoj granici troposfere dostiže -55 °C. Istovremeno, u području ekvatora na gornjoj granici troposfere temperatura zraka je -70 °C, a u regiji sjeverni pol-65 °S.

Oko 80% mase atmosfere koncentrisano je u troposferi, nalazi se gotovo sva vodena para, javljaju se grmljavine, oluje, oblaci i padavine, a javlja se i vertikalno (konvekcija) i horizontalno (vjetar) kretanje zraka.

Možemo reći da se vrijeme uglavnom formira u troposferi.

Stratosfera

Stratosfera- sloj atmosfere koji se nalazi iznad troposfere na nadmorskoj visini od 8 do 50 km. Boja neba u ovom sloju izgleda ljubičasta, što se objašnjava razrjeđivanjem zraka, zbog čega se sunčevi zraci gotovo ne raspršuju.

Stratosfera sadrži 20% mase atmosfere. Zrak u ovom sloju je razrijeđen, vodene pare praktički nema, pa se oblaci i padavine gotovo ne stvaraju. Međutim, u stratosferi se uočavaju stabilne zračne struje, čija brzina doseže 300 km / h.

Ovaj sloj je koncentrisan ozona(ozonski ekran, ozonosfera), sloj koji upija ultraljubičaste zrake, sprečavajući ih da prođu na Zemlju i na taj način štiteći žive organizme na našoj planeti. Zbog ozona temperatura zraka na gornjoj granici stratosfere je u rasponu od -50 do 4-55 °C.

Između mezosfere i stratosfere postoji prelazna zona – stratopauza.

Mezosfera

Mezosfera- sloj atmosfere koji se nalazi na nadmorskoj visini od 50-80 km. Gustina zraka ovdje je 200 puta manja nego na površini Zemlje. Boja neba u mezosferi je crna, zvezde su vidljive tokom dana. Temperatura vazduha pada na -75 (-90)°S.

Na visini od 80 km počinje termosfera. Temperatura zraka u ovom sloju naglo raste do visine od 250 m, a zatim postaje konstantna: na visini od 150 km dostiže 220-240 °C; na visini od 500-600 km prelazi 1500 °C.

U mezosferi i termosferi, pod dejstvom kosmičkih zraka, molekule gasa se raspadaju na nabijene (jonizovane) čestice atoma, pa se ovaj deo atmosfere naziva jonosfera- sloj vrlo razrijeđenog zraka, koji se nalazi na nadmorskoj visini od 50 do 1000 km, sastoji se uglavnom od joniziranih atoma kisika, molekula dušikovog oksida i slobodnih elektrona. Ovaj sloj karakteriše visoka naelektrisanost, a dugi i srednji radio talasi se odbijaju od njega, kao od ogledala.

U jonosferi nastaju aurore - sjaj razrijeđenih plinova pod utjecajem električno nabijenih čestica koje lete sa Sunca - i uočavaju se oštre fluktuacije u magnetskom polju.

Egzosfera

Egzosfera- vanjski sloj atmosfere, koji se nalazi iznad 1000 km. Ovaj sloj se naziva i sferom raspršivanja, jer se čestice plina ovdje kreću velikom brzinom i mogu se raspršiti u svemir.

Kompozicija atmosfere

Atmosfera je mešavina gasova koja se sastoji od azota (78,08%), kiseonika (20,95%), ugljen-dioksida (0,03%), argona (0,93%), male količine helijuma, neona, ksenona, kriptona (0,01%), ozona i drugih gasova, ali je njihov sadržaj zanemarljiv (tabela 1). Savremeni sastav Zemljinog zraka uspostavljen je prije više od stotinu miliona godina, ali je naglo povećana ljudska proizvodna aktivnost ipak dovela do njegove promjene. Trenutno postoji povećanje sadržaja CO 2 za oko 10-12%.

Plinovi koji čine atmosferu imaju različite funkcionalne uloge. Međutim, glavni značaj ovih gasova određen je prvenstveno činjenicom da oni veoma snažno apsorbuju energiju zračenja i tako značajno utiču na temperaturni režim Zemljina površina i atmosfera.

Tabela 1. Hemijski sastav suvog atmosferskog zraka u blizini površine zemlje

Nitrogen, najčešći plin u atmosferi, kemijski malo aktivan.

Kiseonik, za razliku od dušika, je kemijski vrlo aktivan element. Specifična funkcija kiseonika je oksidacija organska materija heterotrofni organizmi, stijene i nedovoljno oksidirani plinovi koje vulkani emituju u atmosferu. Bez kiseonika ne bi došlo do raspadanja mrtve organske materije.

Uloga ugljičnog dioksida u atmosferi je izuzetno velika. U atmosferu ulazi kao rezultat procesa sagorijevanja, disanja živih organizama, raspadanja i prije svega je glavni građevinski materijal za stvaranje organske materije tokom fotosinteze. Osim toga, od velike je važnosti svojstvo ugljičnog dioksida da prenosi kratkovalno sunčevo zračenje i apsorbira dio toplotnog dugovalnog zračenja, što će stvoriti takozvani efekat staklene bašte, o čemu će biti riječi u nastavku.

Utjecaj na atmosferske procese, posebno na termički režim stratosfere, vrše i ozona. Ovaj plin služi kao prirodni apsorber sunčevog ultraljubičastog zračenja, a apsorpcija sunčevog zračenja dovodi do zagrijavanja zraka. Prosječne mjesečne vrijednosti ukupnog sadržaja ozona u atmosferi variraju ovisno o geografskoj širini područja i godišnjem dobu u rasponu od 0,23-0,52 cm (ovo je debljina ozonskog omotača pri pritisku i temperaturi tla). Postoji povećanje sadržaja ozona od ekvatora do polova i godišnja varijacija sa minimumom u jesen i maksimumom u proljeće.

Karakterističnim svojstvom atmosfere može se nazvati činjenica da se sadržaj glavnih plinova (dušik, kisik, argon) neznatno mijenja s visinom: na visini od 65 km u atmosferi, sadržaj dušika je 86%, kisika - 19 , argon - 0,91, na nadmorskoj visini od 95 km - azot 77, kiseonik - 21,3, argon - 0,82%. Konstantnost sastava atmosferskog zraka vertikalno i horizontalno održava se njegovim miješanjem.

Pored gasova, vazduh sadrži vodena para I čvrste čestice. Potonji mogu imati i prirodno i vještačko (antropogeno) porijeklo. To su polen cvijeća, sitni kristali soli, cestovna prašina, aerosolne nečistoće. Kada sunčevi zraci prodru kroz prozor, mogu se vidjeti golim okom.

Posebno mnogo čestica ima u vazduhu gradova i velikih industrijskih centara, gde se aerosolima dodaju emisije štetnih gasova i njihovih nečistoća koje nastaju prilikom sagorevanja goriva.

Koncentracija aerosola u atmosferi određuje prozirnost zraka, što utiče na sunčevo zračenje koje dopire do površine Zemlje. Najveći aerosoli su kondenzaciona jezgra (od lat. condensatio- zbijanje, zgušnjavanje) - doprinose transformaciji vodene pare u kapljice vode.

Vrijednost vodene pare određena je prvenstveno činjenicom da odlaže dugovalnu toplotno zračenje Zemljina površina; predstavlja glavnu kariku velikih i malih ciklusa vlage; podiže temperaturu vazduha kada se vodeni slojevi kondenzuju.

Količina vodene pare u atmosferi varira u vremenu i prostoru. Tako se koncentracija vodene pare u blizini površine zemlje kreće od 3% u tropima do 2-10 (15)% na Antarktiku.

Prosječni sadržaj vodene pare u vertikalnom stupcu atmosfere u umjerenim geografskim širinama je oko 1,6-1,7 cm (sloj kondenzirane vodene pare će imati takvu debljinu). Informacije o vodenoj pari u različitim slojevima atmosfere su kontradiktorne. Pretpostavljalo se, na primjer, da u rasponu nadmorske visine od 20 do 30 km specifična vlažnost snažno raste s visinom. Međutim, naknadna mjerenja ukazuju na veću suhoću stratosfere. Očigledno, specifična vlažnost u stratosferi malo zavisi od visine i iznosi 2-4 mg/kg.

Promjenjivost sadržaja vodene pare u troposferi određena je interakcijom isparavanja, kondenzacije i horizontalnog transporta. Kao rezultat kondenzacije vodene pare nastaju oblaci i padavine u obliku kiše, grada i snijega.

Procesi faznih prelaza vode odvijaju se uglavnom u troposferi, zbog čega se oblaci u stratosferi (na visinama od 20-30 km) i mezosferi (u blizini mezopauze), koji se nazivaju sedef i srebro, relativno retko primećuju. , dok troposferski oblaci često pokrivaju oko 50% cjelokupne zemljine površine.

Količina vodene pare koja može biti sadržana u zraku ovisi o temperaturi zraka.

1 m 3 zraka na temperaturi od -20 ° C ne može sadržavati više od 1 g vode; na 0 °C - ne više od 5 g; na +10 °S - ne više od 9 g; na +30 °C - ne više od 30 g vode.

zaključak:Što je temperatura zraka viša, više vodene pare može sadržavati.

Vazduh može biti bogat I nije zasićeno pare. Dakle, ako na temperaturi od +30 ° C 1 m 3 zraka sadrži 15 g vodene pare, zrak nije zasićen vodenom parom; ako je 30 g - zasićeno.

Apsolutna vlažnost- ovo je količina vodene pare sadržana u 1 m 3 zraka. Izražava se u gramima. Na primjer, ako kažu "apsolutna vlažnost je 15", to znači da 1 mL sadrži 15 g vodene pare.

Relativna vlažnost- ovo je omjer (u procentima) stvarnog sadržaja vodene pare u 1 m 3 zraka i količine vodene pare koja može biti sadržana u 1 m L na datoj temperaturi. Na primjer, ako je radio tokom emitovanja vremenske prognoze javio da je relativna vlažnost 70%, to znači da zrak sadrži 70% vodene pare koju može zadržati na datoj temperaturi.

Što je veća relativna vlažnost vazduha, t. što je vazduh bliži zasićenju, veća je verovatnoća da će pasti.

U ekvatorijalnoj zoni uočava se uvijek visoka (do 90%) relativna vlažnost, jer je temperatura zraka visoka tokom cijele godine i postoji veliko isparavanje sa površine okeana. Ista visoka relativna vlažnost je u polarnim područjima, ali samo zato što pri niskim temperaturama čak i mala količina vodene pare čini vazduh zasićenim ili blizu zasićenja. U umjerenim geografskim širinama relativna vlažnost zraka varira sezonski - viša je zimi, a niža ljeti.

Relativna vlažnost vazduha je posebno niska u pustinjama: 1 m 1 vazduha tamo sadrži dva do tri puta manje od količine vodene pare moguće na datoj temperaturi.

Za mjerenje relativne vlažnosti zraka koristi se higrometar (od grčkog hygros - mokar i metreco - mjerim).

Kada se ohladi, zasićeni vazduh ne može zadržati istu količinu vodene pare u sebi, on se zgušnjava (kondenzira), pretvarajući se u kapljice magle. Magla se može uočiti ljeti u vedrim i prohladnim noćima.

Oblaci- ovo je ista magla, samo što se ne formira na površini zemlje, već na određenoj visini. Kako se zrak diže, hladi se, a vodena para u njemu kondenzira. Nastale sitne kapljice vode čine oblake.

uključeni u formiranje oblaka čestice suspendovan u troposferi.

Oblaci mogu imati različit oblik, što zavisi od uslova njihovog nastanka (tabela 14).

Najniži i najteži oblaci su stratusni. Nalaze se na nadmorskoj visini od 2 km od površine zemlje. Na nadmorskoj visini od 2 do 8 km mogu se uočiti slikovitiji kumulusni oblaci. Najviši i najlakši su cirusni oblaci. Nalaze se na nadmorskoj visini od 8 do 18 km iznad površine zemlje.

Atmosferska zaštita

Glavni izvor su industrijska preduzeća i automobile. U velikim gradovima, problem zagađenja gasom glavnih transportnih pravaca je veoma akutan. Zato u mnogima glavni gradoviširom svijeta, pa tako i kod nas, uvedena je ekološka kontrola toksičnosti izduvnih gasova automobila. Prema podacima stručnjaka, dim i prašina u zraku mogu prepoloviti protok solarna energija na površinu zemlje, što će dovesti do promjene prirodnih uslova.

Na nivou mora 1013,25 hPa (oko 760 mmHg). Prosječna globalna temperatura zraka na površini Zemlje je 15°C, dok temperatura varira od oko 57°C u suptropskim pustinjama do -89°C na Antarktiku. Gustoća zraka i tlak opadaju s visinom prema zakonu bliskom eksponencijalnom.

Struktura atmosfere. Vertikalno, atmosfera ima slojevitu strukturu, determiniranu uglavnom karakteristikama vertikalne raspodjele temperature (slika), koja ovisi o geografskom položaju, godišnjem dobu, dobu dana i tako dalje. Donji sloj atmosfere - troposfera - karakterizira pad temperature s visinom (za oko 6 ° C po 1 km), njegova visina je od 8-10 km u polarnim geografskim širinama do 16-18 km u tropima. Zbog brzog smanjenja gustine vazduha sa visinom, oko 80% ukupne mase atmosfere nalazi se u troposferi. Iznad troposfere je stratosfera - sloj koji se općenito karakterizira povećanjem temperature s visinom. Prijelazni sloj između troposfere i stratosfere naziva se tropopauza. U donjoj stratosferi, do nivoa od oko 20 km, temperatura se malo mijenja s visinom (tzv. izotermna regija), a često čak i neznatno opada. Više, temperatura raste zbog apsorpcije sunčevog UV zračenja ozonom, u početku polako, a brže sa nivoa od 34-36 km. Gornja granica stratosfere - stratopauza - nalazi se na nadmorskoj visini od 50-55 km, što odgovara maksimalnoj temperaturi (260-270 K). Sloj atmosfere, koji se nalazi na nadmorskoj visini od 55-85 km, gde temperatura ponovo pada sa visinom, naziva se mezosfera, na njenoj gornjoj granici - mezopauzi - temperatura dostiže 150-160 K leti, a 200- 230 K zimi. Iznad mezopauze počinje termosfera - sloj, karakteriziran brzim porastom temperature, dostižući vrijednosti od 800-1200 K na nadmorskoj visini od 250 km. Korpuskularno i rendgensko zračenje Sunca se apsorbuje u termosferi, meteori se usporavaju i sagorevaju, pa obavlja funkciju zaštitnog sloja Zemlje. Još viša je egzosfera, odakle se atmosferski gasovi disipacijom raspršuju u svjetski prostor i gdje se odvija postepeni prijelaz iz atmosfere u međuplanetarni prostor.

Kompozicija atmosfere. Atmosfera je do visine od oko 100 km po hemijskom sastavu praktično homogena i prosečna molekulska težina vazduha (oko 29) je u njoj konstantna. U blizini Zemljine površine, atmosfera se sastoji od dušika (oko 78,1% zapremine) i kisika (oko 20,9%), a također sadrži male količine argona, ugljičnog dioksida (ugljičnog dioksida), neona i drugih konstantnih i varijabilnih komponenti (vidi Vazduh).

Osim toga, atmosfera sadrži male količine ozona, dušikovih oksida, amonijaka, radona itd. Relativni sadržaj glavnih komponenti zraka je konstantan tokom vremena i ujednačen u različitim geografskim područjima. Sadržaj vodene pare i ozona je promjenjiv u prostoru i vremenu; uprkos niskom sadržaju, njihova uloga u atmosferskim procesima je veoma značajna.

Iznad 100-110 km dolazi do disocijacije molekula kisika, ugljičnog dioksida i vodene pare, pa se molekulska težina zraka smanjuje. Na visini od oko 1000 km počinju da prevladavaju laki gasovi - helijum i vodonik, a još više, Zemljina atmosfera postepeno se pretvara u međuplanetarni gas.

Najvažnija varijabilna komponenta atmosfere je vodena para, koja u atmosferu ulazi isparavanjem sa površine vode i vlažnog tla, kao i transpiracijom biljaka. Relativni sadržaj vodene pare varira u blizini površine zemlje od 2,6% u tropima do 0,2% u polarnim geografskim širinama. S visinom brzo pada, smanjujući se za polovicu već na visini od 1,5-2 km. Vertikalni stup atmosfere na umjerenim geografskim širinama sadrži oko 1,7 cm „sloja istaložene vode“. Kada se vodena para kondenzira, nastaju oblaci iz kojih padaju atmosferske padavine u obliku kiše, grada i snijega.

Važna komponenta atmosferskog zraka je ozon, 90% koncentriran u stratosferi (između 10 i 50 km), oko 10% je u troposferi. Ozon obezbeđuje apsorpciju tvrdog UV zračenja (talasne dužine manje od 290 nm), a to je njegova zaštitna uloga za biosferu. Vrijednosti ukupnog sadržaja ozona variraju u zavisnosti od geografske širine i godišnjeg doba i kreću se od 0,22 do 0,45 cm (debljina ozonskog omotača pri pritisku od p= 1 atm i temperaturi od T = 0°C). U ozonskim rupama uočenim u proljeće na Antarktiku od ranih 1980-ih, sadržaj ozona može pasti na 0,07 cm, a raste na visokim geografskim širinama. Značajna atmosferska varijabla je ugljični dioksid, koji se povećao za 35% u atmosferi u posljednjih 200 godina, što je uglavnom zbog antropogeni faktor. Uočava se njegova geografska i sezonska varijabilnost, povezana sa fotosintezom biljaka i rastvorljivosti u morskoj vodi (prema Henrijevom zakonu, rastvorljivost gasa u vodi opada sa povećanjem temperature).

Važnu ulogu u formiranju klime planete igra atmosferski aerosol - čvrste i tečne čestice suspendovane u vazduhu veličine od nekoliko nm do desetina mikrona. Postoje aerosoli prirodnog i antropogenog porijekla. Aerosol nastaje u procesu reakcija u gasnoj fazi iz produkata biljnog života i ljudske ekonomske aktivnosti, vulkanskih erupcija, kao rezultat prašine koju vjetar diže sa površine planete, posebno sa njenih pustinjskih krajeva, te je takođe nastao od kosmičke prašine koja ulazi u gornju atmosferu. Većina aerosola koncentrirana je u troposferi; aerosol iz vulkanskih erupcija formira takozvani Jungeov sloj na visini od oko 20 km. Najveći broj antropogeni aerosol ulazi u atmosferu kao rezultat rada vozila i termoelektrana, hemijske industrije, sagorevanje goriva itd. Zbog toga se u nekim oblastima sastav atmosfere značajno razlikuje od običnog vazduha, što je zahtevalo stvaranje posebne službe za praćenje i praćenje nivoa zagađenosti atmosferskog vazduha.

Atmosferska evolucija. Čini se da je moderna atmosfera sekundarnog porijekla: nastala je od plinova koje je oslobodila čvrsta ljuska Zemlje nakon što je formiranje planete završeno prije oko 4,5 milijardi godina. Tokom geološka istorija Zemljina atmosfera je pretrpjela značajne promjene u svom sastavu pod uticajem niza faktora: disipacije (isparenja) gasova, uglavnom lakših, u svemir; oslobađanje plinova iz litosfere kao rezultat vulkanske aktivnosti; hemijske reakcije između komponenti atmosfere i stijena koje čine zemljine kore; fotohemijske reakcije u samoj atmosferi pod uticajem sunčevog UV zračenja; akrecija (hvatanje) materije međuplanetarnog medija (na primjer, meteorska materija). Razvoj atmosfere usko je povezan sa geološkim i geohemijskim procesima, a poslednjih 3-4 milijarde godina i sa delovanjem biosfere. Značajan dio plinova koji čine modernu atmosferu (dušik, ugljični dioksid, vodena para) nastao je tokom vulkanske aktivnosti i upada, koji ih je iznio iz dubina Zemlje. Kiseonik se pojavio u značajnim količinama pre oko 2 milijarde godina kao rezultat aktivnosti fotosintetskih organizama, koji su prvobitno nastali u površinske vode ocean.

Na osnovu podataka o hemijskom sastavu karbonatnih naslaga dobijene su procjene količine ugljičnog dioksida i kisika u atmosferi geološke prošlosti. Tokom fanerozoika (poslednjih 570 miliona godina Zemljine istorije), količina ugljičnog dioksida u atmosferi varirala je u velikoj mjeri, u skladu sa nivoom vulkanske aktivnosti, temperaturom okeana i fotosintezom. Većinu ovog vremena koncentracija ugljičnog dioksida u atmosferi bila je znatno viša od trenutne (do 10 puta). Količina kisika u atmosferi fanerozoika se značajno promijenila, a prevladala je tendencija njenog povećanja. U pretkambrijskoj atmosferi masa ugljičnog dioksida je po pravilu bila veća, a masa kisika manja nego u atmosferi fanerozoika. Fluktuacije količine ugljičnog dioksida imale su značajan utjecaj na klimu u prošlosti, povećavajući efekat staklene bašte s povećanjem koncentracije ugljičnog dioksida, zbog čega je klima tokom glavnog dijela fanerozoika bila znatno toplija nego u moderno doba.

atmosfera i život. Bez atmosfere, Zemlja bi bila mrtva planeta. Organski život se odvija u bliskoj interakciji sa atmosferom i povezanom klimom i vremenom. Beznačajna po masi u poređenju sa planetom kao celinom (oko milioniti deo), atmosfera je sine qua non za sve oblike života. Kiseonik, dušik, vodena para, ugljični dioksid i ozon najvažniji su atmosferski plinovi za život organizama. Kada fotosintetske biljke apsorbiraju ugljični dioksid, stvara se organska tvar koju koristi kao izvor energije velika većina živih bića, uključujući i ljude. Kiseonik je neophodan za postojanje aerobnih organizama, kojima se snabdevanje energijom obezbeđuje reakcijama oksidacije organske materije. Azot, koji asimiliraju neki mikroorganizmi (fiksatori dušika), neophodan je za mineralnu ishranu biljaka. Ozon, koji apsorbira oštro sunčevo UV zračenje, značajno umanjuje ovaj po život opasan dio sunčevog zračenja. Kondenzacija vodene pare u atmosferi, stvaranje oblaka i naknadno taloženje padavina dovode vodu do kopna, bez čega nije moguć nijedan oblik života. Vitalna aktivnost organizama u hidrosferi je u velikoj mjeri određena brojem i hemijski sastav atmosferskih gasova rastvorenih u vodi. Budući da hemijski sastav atmosfere značajno zavisi od aktivnosti organizama, biosfera i atmosfera se mogu smatrati dijelom jedinstvenog sistema čije je održavanje i evolucija (vidi Biogeohemijski ciklusi) od velike važnosti za promjenu sastava atmosferu kroz istoriju Zemlje kao planete.

Radijacijski, toplotni i vodni bilansi atmosfere. Sunčevo zračenje je praktično jedini izvor energije za sve fizičke procese u atmosferi. glavna karakteristika radijacijski režim atmosfere - tzv. efekat staklene bašte: atmosfera prilično dobro prenosi sunčevo zračenje na površinu zemlje, ali aktivno apsorbira toplotno dugovalno zračenje zemljine površine, čiji se dio vraća na površinu u obliku protuzračenje, kompenziranje radijacijskog gubitka topline zemljine površine (vidi Atmosfersko zračenje). U nedostatku atmosfere prosječna temperatura Zemljina površina bi bila -18°C, u stvarnosti je 15°C. Dolazeće sunčevo zračenje se djelomično (oko 20%) apsorbira u atmosferu (uglavnom vodenom parom, kapljicama vode, ugljičnim dioksidom, ozonom i aerosolima), a također se raspršuje (oko 7%) česticama aerosola i fluktuacijama gustoće (Rayleighovo raspršivanje) . Ukupno zračenje, koje stiže do površine zemlje, delimično (oko 23%) se odbija od nje. Refleksija je određena refleksivnošću donje površine, takozvanim albedom. U prosjeku, Zemljin albedo za integralni fluks sunčevog zračenja je blizu 30%. Ona varira od nekoliko procenata (suvo tlo i crnica) do 70-90% za svježe pao snijeg. Radijativna izmjena toplote između zemljine površine i atmosfere u suštini zavisi od albeda i određena je efektivnim zračenjem zemljine površine i kontra-zračenjem atmosfere koje apsorbuje. Algebarski zbir tokova zračenja koji ulaze u Zemljinu atmosferu iz svemira i napuštaju je nazad naziva se radijacioni balans.

Transformacije sunčevog zračenja nakon njegovog apsorpcije atmosferom i zemljinom površinom određuju toplotni bilans Zemlje kao planete. Glavni izvor toplote za atmosferu je Zemljina površina; toplina iz njega se prenosi ne samo u obliku dugovalnog zračenja, već i konvekcijom, a oslobađa se i prilikom kondenzacije vodene pare. Učešće ovih priliva toplote je u proseku 20%, 7% i 23%, respektivno. Ovdje se također dodaje oko 20% topline zbog apsorpcije direktnog sunčevog zračenja. Tok sunčevog zračenja u jedinici vremena kroz jediničnu površinu okomitu na sunčeve zrake a nalazi se van atmosfere na prosječnoj udaljenosti od Zemlje do Sunca (tzv. solarna konstanta), iznosi 1367 W/m 2, promjene su 1-2 W/m 2 u zavisnosti od ciklusa sunčeve aktivnosti. Sa planetarnim albedom od oko 30%, vremenski prosjek globalnog priliva sunčeve energije na planetu iznosi 239 W/m 2 . Pošto Zemlja kao planeta u proseku emituje istu količinu energije u svemir, onda je, prema Stefan-Boltzmannom zakonu, efektivna temperatura izlaznog toplotnog dugotalasnog zračenja 255 K (-18°C). Istovremeno, prosječna temperatura zemljine površine je 15°C. Razlika od 33°C je zbog efekta staklene bašte.

Vodena ravnoteža atmosfere u cjelini odgovara jednakosti količine vlage koja je isparila sa površine Zemlje, količini padavina koje padaju na površinu zemlje. Atmosfera iznad okeana prima više vlage iz procesa isparavanja nego nad kopnom i gubi 90% u obliku padavina. Višak vodene pare preko okeana prenosi se na kontinente vazdušnim strujama. Količina vodene pare koja se transportuje u atmosferu od okeana do kontinenata jednaka je zapremini rečnog toka koji teče u okeane.

kretanje vazduha. Zemlja ima sferni oblik, pa na njene visoke geografske širine dolazi mnogo manje sunčevog zračenja nego u tropske krajeve. Kao rezultat, nastaju veliki temperaturni kontrasti između geografskih širina. Relativni položaj okeana i kontinenata također značajno utiče na raspodjelu temperature. Zbog velike mase okeanskih voda i visokog toplotnog kapaciteta vode, sezonske fluktuacije u površinskoj temperaturi oceana su mnogo manje od onih na kopnu. S tim u vezi, u srednjim i visokim geografskim širinama, temperatura zraka iznad okeana ljeti je znatno niža nego nad kontinentima, a viša zimi.

Neravnomjerno zagrijavanje atmosfere u različitim dijelovima globusa uzrokuje raspodjelu atmosferskog tlaka koja nije ujednačena u prostoru. Na nivou mora, raspodjelu pritiska karakteriziraju relativno niske vrijednosti u blizini ekvatora, povećanje u suptropima (pojasevi visokog pritiska) i opadanja u srednjim i visokim geografskim širinama. Istovremeno, nad kontinentima vantropskih širina pritisak je obično povećan zimi, a snižen ljeti, što je povezano s raspodjelom temperature. Pod dejstvom gradijenta pritiska, vazduh doživljava ubrzanje usmereno iz oblasti visokog pritiska u oblasti niskog pritiska, što dovodi do kretanja vazdušnih masa. Na pokretne zračne mase također djeluju sila skretanja Zemljine rotacije (Coriolisova sila), sila trenja koja opada s visinom, a u slučaju krivolinijskih putanja, centrifugalna sila. Od velike je važnosti turbulentno miješanje zraka (vidi Turbulencija u atmosferi).

Povezano sa planetarnom raspodelom pritiska složen sistem vazdušne struje (opšta cirkulacija atmosfere). U meridijanskoj ravni se u prosjeku prate dvije ili tri meridionalne cirkulacijske ćelije. U blizini ekvatora, zagrijani zrak se diže i spušta u suptropima, formirajući Hadleyjevu ćeliju. Vazduh obrnute Ferrell ćelije takođe se spušta tamo. Na visokim geografskim širinama često se prati direktna polarna ćelija. Meridionalne brzine cirkulacije su reda veličine 1 m/s ili manje. Zbog djelovanja Coriolisove sile, u većem dijelu atmosfere primjećuju se zapadni vjetrovi sa brzinama u srednjoj troposferi od oko 15 m/s. Postoje relativno stabilni sistemi vetra. Tu spadaju pasati - vjetrovi koji pušu od pojasa visokog pritiska u suptropima do ekvatora sa uočljivom istočnom komponentom (od istoka prema zapadu). Monsuni su prilično stabilni - zračne struje koje imaju jasno izražen sezonski karakter: ljeti pušu od okeana prema kopnu, a zimi u suprotnom smjeru. Monsuni su posebno redovni Indijski okean. U srednjim geografskim širinama kretanje vazdušne mase ima uglavnom zapadni smjer (od zapada prema istoku). Ovo je zona atmosferskih frontova, na kojima nastaju veliki vrtlozi - cikloni i anticikloni, koji pokrivaju stotine, pa čak i hiljade kilometara. Cikloni se također javljaju u tropima; ovdje se razlikuju po manjim veličinama, ali vrlo velikim brzinama vjetra, dostižući uragansku snagu (33 m/s ili više), takozvani tropski cikloni. Na Atlantiku i na istoku pacifik nazivaju se uragani, a u zapadnom Pacifiku tajfuni. U gornjoj troposferi i donjoj stratosferi, u područjima koja razdvajaju direktnu ćeliju meridionalne Hadleyeve cirkulacije i reverznu Ferrell ćeliju, često se uočavaju relativno uski, stotinama kilometara široki, mlazne struje sa oštro definisanim granicama, unutar kojih vjetar dostiže 100 -150 pa čak i 200 m/ sa.

Klima i vrijeme. Razlika u količini sunčevog zračenja koje dolazi na različitim geografskim širinama do raznih fizička svojstva Zemljina površina, određuje raznolikost Zemljine klime. Od ekvatora do tropskih geografskih širina, temperatura zraka u blizini zemljine površine je u prosjeku 25-30°C i malo se mijenja tokom godine. U ekvatorijalnoj zoni obično pada mnogo padavina, što stvara uslove za prekomjernu vlagu. U tropskim zonama količina padavina se smanjuje, au nekim područjima postaje vrlo mala. Ovdje su ogromne pustinje Zemlje.

U suptropskim i srednjim geografskim širinama temperatura zraka značajno varira tokom cijele godine, a razlika između ljetnih i zimskih temperatura posebno je velika u područjima kontinenata udaljenih od okeana. Tako u nekim oblastima istočnog Sibira godišnja amplituda temperature vazduha dostiže 65°S. Uslovi ovlaživanja na ovim geografskim širinama su veoma raznoliki, zavise uglavnom od režima opšte cirkulacije atmosfere i značajno variraju iz godine u godinu.

U polarnim geografskim širinama, temperatura ostaje niska tokom cijele godine, čak i ako postoje primjetne sezonske varijacije. Ovo doprinosi širokoj rasprostranjenosti ledenog pokrivača na okeanima i kopnu, i permafrosta, koji zauzimaju preko 65% ruske površine, uglavnom u Sibiru.

Posljednjih decenija promjene u globalnoj klimi postaju sve primjetnije. Temperatura raste više na visokim nego na niskim geografskim širinama; više zimi nego ljeti; više noću nego danju. Tokom 20. vijeka, prosječna godišnja temperatura zraka u blizini zemljine površine u Rusiji porasla je za 1,5-2 ° C, a u nekim regijama Sibira uočeno je povećanje od nekoliko stepeni. To je povezano s povećanjem efekta staklene bašte zbog povećanja koncentracije malih plinovitih nečistoća.

Vrijeme je određeno uslovima atmosferske cirkulacije i geografska lokacija terena, najstabilniji je u tropima i najpromjenjiviji u srednjim i visokim geografskim širinama. Najviše se vremenske promene menjaju u zonama promene vazdušnih masa, usled prolaska atmosferskih frontova, ciklona i anticiklona, ​​noseći padavine i pojačavajući vetar. Podaci za vremensku prognozu prikupljaju se sa zemaljskih meteoroloških stanica, brodova i aviona i meteoroloških satelita. Vidi i meteorologiju.

Optički, akustički i električni fenomeni u atmosferi. Kada se raširi elektromagnetno zračenje u atmosferi, kao rezultat prelamanja, apsorpcije i raspršivanja svjetlosti zrakom i raznim česticama (aerosol, kristali leda, kapi vode), nastaju različite optičke pojave: duga, krune, oreol, fatamorgana itd. Rasipanje svjetlosti određuje prividno visina nebeskog svoda i plava boja neba. Opseg vidljivosti objekata određen je uslovima širenja svjetlosti u atmosferi (vidi Vidljivost atmosfere). Transparentnost atmosfere na različitim talasnim dužinama određuje domet komunikacije i mogućnost detekcije objekata instrumentima, uključujući i mogućnost astronomskih posmatranja sa Zemljine površine. Za proučavanje optičkih nehomogenosti u stratosferi i mezosferi, fenomen sumraka igra važnu ulogu. Na primjer, fotografiranje sumraka iz svemirskih letjelica omogućava otkrivanje slojeva aerosola. Osobine širenja elektromagnetnog zračenja u atmosferi određuju točnost metoda za daljinsko ispitivanje njegovih parametara. Sva ova pitanja, kao i mnoga druga, proučava atmosferska optika. Refrakcija i rasipanje radio talasa određuju mogućnosti radio prijema (pogledajte Širenje radio talasa).

Širenje zvuka u atmosferi zavisi od prostorne distribucije temperature i brzine vjetra (vidi Atmosferska akustika). Od interesa je za daljinsko ispitivanje atmosfere. Eksplozije naelektrisanja lansiranih raketama u gornju atmosferu pružile su obilje informacija o sistemima vetra i toku temperature u stratosferi i mezosferi. U stabilno stratifikovanoj atmosferi, kada temperatura pada sa visinom sporije od adijabatskog gradijenta (9,8 K/km), nastaju takozvani unutrašnji talasi. Ovi talasi se mogu širiti prema gore u stratosferu, pa čak i u mezosferu, gdje se slabe, doprinoseći povećanju vjetra i turbulencija.

Negativni naboj Zemlje i električno polje izazvano njime, atmosfera, zajedno sa električno nabijenom jonosferom i magnetosferom, stvaraju globalno električno kolo. Važnu ulogu igra stvaranje oblaka i elektriciteta groma. Opasnost od pražnjenja groma zahtijevala je razvoj metoda gromobranske zaštite zgrada, objekata, dalekovoda i komunikacija. Ova pojava je od posebne opasnosti za avijaciju. Pražnjenja groma uzrokuju atmosferske radio smetnje, koje se nazivaju atmosfere (pogledajte Atmosfere zvižduka). Prilikom naglog povećanja jačine električnog polja uočavaju se svjetlosna pražnjenja koja se javljaju na vrhovima i oštri uglovi objekti koji strše iznad površine zemlje, na pojedinačnim vrhovima u planinama i sl. (Elma svjetla). Atmosfera uvijek sadrži određeni broj lakih i teških jona, koji uvelike variraju ovisno o specifičnim uvjetima, koji određuju električnu provodljivost atmosfere. Glavni jonizatori vazduha u blizini zemljine površine su zračenje radioaktivnih supstanci sadržanih u zemljinoj kori i atmosferi, kao i kosmičke zrake. Vidi i atmosferski elektricitet.

Ljudski uticaj na atmosferu. Tokom proteklih stoljeća došlo je do povećanja koncentracije stakleničkih plinova u atmosferi zbog ljudskih aktivnosti. Postotak ugljen dioksid se povećao sa 2,8-10 2 prije dvije stotine godina na 3,8-10 2 u 2005. godini, sadržaj metana - sa 0,7-10 1 prije oko 300-400 godina na 1,8-10 -4 21. vijek; oko 20% povećanja efekta staklene bašte u proteklom veku dali su freoni, kojih u atmosferi do sredine 20. veka praktično nije bilo. Ove supstance su prepoznate kao oštećivači stratosferskog ozona i njihova proizvodnja je zabranjena Montrealskim protokolom iz 1987. godine. Povećanje koncentracije ugljičnog dioksida u atmosferi uzrokovano je sagorijevanjem sve većih količina uglja, nafte, plina i drugih ugljičnih goriva, kao i krčenjem šuma, što rezultira smanjenjem apsorpcije ugljičnog dioksida fotosintezom. Koncentracija metana raste sa rastom proizvodnje nafte i gasa (zbog njegovih gubitaka), kao i sa širenjem useva pirinča i povećanjem broja stoke. Sve to doprinosi zagrijavanju klime.

Za promjenu vremena razvijene su metode aktivnog utjecaja na atmosferske procese. Koriste se za zaštitu poljoprivrednih biljaka od oštećenja grada raspršivanjem specijalnih reagensa u grmljavinskim oblacima. Postoje i metode za raspršivanje magle na aerodromima, zaštitu biljaka od mraza, uticanje na oblake kako bi se povećala količina padavina na pravim mjestima ili za raspršivanje oblaka tokom javnih događaja.

Proučavanje atmosfere. Informacije o fizičkim procesima u atmosferi dobivaju se prvenstveno iz meteoroloških osmatranja, koje provodi globalna mreža stalnih meteoroloških stanica i postova smještenih na svim kontinentima i na mnogim otocima. Dnevna posmatranja daju informacije o temperaturi i vlažnosti vazduha, atmosferski pritisak i padavine, oblačnost, vjetar itd. Posmatranja sunčevog zračenja i njegovih transformacija vrše se na aktinometrijskim stanicama. Od velikog značaja za proučavanje atmosfere su mreže aeroloških stanica u kojima se meteorološka mjerenja vrše uz pomoć radiosonda do visine od 30-35 km. Na brojnim stanicama se vrše zapažanja atmosferskog ozona, električnih pojava u atmosferi i hemijskog sastava vazduha.

Podaci sa zemaljskih stanica dopunjeni su opservacijama na okeanima, gdje rade "brodovi za vremenske prilike", koji se stalno nalaze u određenim područjima Svjetskog okeana, kao i meteorološkim informacijama dobijenim od istraživačkih i drugih brodova.

Poslednjih decenija sve više informacija o atmosferi dobija se uz pomoć meteoroloških satelita na kojima su instalirani instrumenti za fotografisanje oblaka i merenje tokova ultraljubičastog, infracrvenog i mikrotalasnog zračenja Sunca. Sateliti omogućavaju dobijanje informacija o vertikalnim temperaturnim profilima, oblačnosti i sadržaju vode u njoj, elementima ravnoteže atmosferskog zračenja, temperaturi površine okeana itd. određuju vertikalne profile gustine, pritiska i temperature, kao i sadržaja vlage u atmosferi. Uz pomoć satelita postalo je moguće razjasniti vrijednost solarne konstante i planetarnog albeda Zemlje, izgraditi karte radijacijske ravnoteže sistema Zemlja-atmosfera, izmjeriti sadržaj i varijabilnost malih atmosferskih nečistoća i riješiti mnoge drugi problemi atmosferske fizike i monitoringa životne sredine.

Lit .: Budyko M. I. Klima u prošlosti i budućnosti. L., 1980; Matveev L. T. Kurs opće meteorologije. Fizika atmosfere. 2nd ed. L., 1984; Budyko M. I., Ronov A. B., Yanshin A. L. Istorija atmosfere. L., 1985; Khrgian A.Kh Atmosferska fizika. M., 1986; Atmosfera: priručnik. L., 1991; Khromov S. P., Petrosyants M. A. Meteorologija i klimatologija. 5th ed. M., 2001.

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

STRUKTURA ATMOSFERE

Atmosfera(od drugih grčkih ἀτμός - para i σφαῖρα - lopta) - plinovita ljuska (geosfera) koja okružuje planetu Zemlju. Njegova unutrašnja površina pokriva hidrosferu i djelimično zemljinu koru, dok njena vanjska površina graniči sa prizemnim dijelom svemira.

Fizička svojstva

Debljina atmosfere je oko 120 km od površine Zemlje. Ukupna masa vazduha u atmosferi je (5,1-5,3) 10 18 kg. Od toga je masa suvog vazduha (5,1352 ± 0,0003) 10 18 kg, ukupna masa vodene pare je u proseku 1,27 10 16 kg.

Molarna masa čistog suhog zraka je 28,966 g/mol, gustina zraka u blizini površine mora je oko 1,2 kg/m 3 . Pritisak na 0 °C na nivou mora je 101,325 kPa; kritična temperatura - -140,7 ° C; kritični pritisak - 3,7 MPa; C p na 0 °C - 1,0048 10 3 J/(kg K), C v - 0,7159 10 3 J/(kg K) (na 0 °C). Rastvorljivost vazduha u vodi (po masi) na 0°C - 0,0036%, na 25°C - 0,0023%.

Za "normalne uslove" na površini Zemlje uzimaju se: gustina 1,2 kg/m 3, barometarski pritisak 101,35 kPa, temperatura plus 20°C i relativna vlažnost 50%. Ovi uslovni indikatori imaju čisto inženjersku vrijednost.

Struktura atmosfere

Atmosfera ima slojevitu strukturu. Slojevi atmosfere razlikuju se jedni od drugih po temperaturi zraka, njegovoj gustoći, količini vodene pare u zraku i drugim svojstvima.

Troposfera(starogrčki τρόπος - "okret", "promjena" i σφαῖρα - "lopta") - donji, najproučavaniji sloj atmosfere, visok 8-10 km u polarnim područjima, do 10-12 km u umjerenim geografskim širinama, na ekvatoru - 16-18 km.

Kada raste u troposferi, temperatura u prosjeku pada za 0,65 K na svakih 100 m i dostiže 180-220 K u gornjem dijelu. Ovaj gornji sloj troposfere, u kojem prestaje smanjenje temperature sa visinom, naziva se tropopauza. Sljedeći sloj atmosfere iznad troposfere naziva se stratosfera.

Više od 80% ukupne mase atmosferskog vazduha koncentrisano je u troposferi, turbulencija i konvekcija su jako razvijene, koncentrisan je pretežni deo vodene pare, nastaju oblaci, formiraju se i atmosferski frontovi, razvijaju se cikloni i anticikloni, kao i dr. procesi koji određuju vremenske prilike i klimu. Procesi koji se odvijaju u troposferi prvenstveno su posljedica konvekcije.

Dio troposfere unutar kojeg se mogu formirati glečeri na zemljinoj površini naziva se hionosfera.

tropopauza(od grčkog τροπος - okret, promjena i παῦσις - zaustavljanje, prestanak) - sloj atmosfere u kojem se zaustavlja smanjenje temperature s visinom; prelazni sloj iz troposfere u stratosferu. U zemljinoj atmosferi, tropopauza se nalazi na visinama od 8-12 km (nad nivoa mora) u polarnim područjima i do 16-18 km iznad ekvatora. Visina tropopauze zavisi i od doba godine (tropopauza je veća ljeti nego zimi) i ciklonalne aktivnosti (niža je u ciklonima, a viša u anticiklonima)

Debljina tropopauze kreće se od nekoliko stotina metara do 2-3 kilometra. U suptropskim područjima, rupture tropopauze se uočavaju zbog snažnih mlaznih strujanja. Tropauza na određenim područjima često je uništena i ponovo formirana.

Stratosfera(od latinskog stratum - pod, sloj) - sloj atmosfere, koji se nalazi na nadmorskoj visini od 11 do 50 km. Tipična je mala promjena temperature u sloju od 11-25 km (donji sloj stratosfere) i njeno povećanje u sloju od 25-40 km od -56,5 do 0,8 °C (gornji sloj stratosfere ili inverzija). Nakon dostizanja vrijednosti od oko 273 K (skoro 0 °C) na visini od oko 40 km, temperatura ostaje konstantna do visine od oko 55 km. Ovo područje konstantne temperature naziva se stratopauza i granica je između stratosfere i mezosfere. Gustina zraka u stratosferi je desetine i stotine puta manja nego na nivou mora.

Upravo u stratosferi se nalazi sloj ozonosfere („ozonski sloj“) (na nadmorskoj visini od 15-20 do 55-60 km), koji određuje gornju granicu života u biosferi. Ozon (O 3 ) nastaje kao rezultat fotohemijskih reakcija najintenzivnije na visini od ~30 km. ukupna tezina O 3 bi pri normalnom pritisku napravio sloj debljine 1,7-4,0 mm, ali i to je dovoljno da apsorbuje sunčevo ultraljubičasto zračenje koje je štetno po život. Uništavanje O 3 nastaje kada je u interakciji sa slobodnim radikalima, NO, spojevima koji sadrže halogene (uključujući "freone").

Većina kratkotalasnog dela ultraljubičastog zračenja (180-200 nm) zadržava se u stratosferi i energija kratkih talasa se transformiše. Pod uticajem ovih zraka menjaju se magnetna polja, razbijaju se molekuli, dolazi do jonizacije, stvaranja novih gasova i drugih hemijskih jedinjenja. Ovi procesi se mogu posmatrati u obliku sjevernog svjetla, munja i drugih sjaja.

U stratosferi i višim slojevima, pod uticajem sunčevog zračenja, molekuli gasa se disociraju - na atome (iznad 80 km, CO 2 i H 2 disociraju, iznad 150 km - O 2, iznad 300 km - N 2). Na visini od 200-500 km dolazi do jonizacije gasova i u jonosferi; na visini od 320 km koncentracija naelektrisanih čestica (O + 2, O - 2, N + 2) iznosi ~ 1/300 koncentracija neutralnih čestica. U gornjim slojevima atmosfere nalaze se slobodni radikali - OH, HO 2 itd.

U stratosferi gotovo da nema vodene pare.

Letovi u stratosferu počeli su 1930-ih. Nadaleko je poznat let na prvom stratosferskom balonu (FNRS-1), koji su Auguste Picard i Paul Kipfer izveli 27. maja 1931. godine na visinu od 16,2 km. Moderni borbeni i nadzvučni komercijalni avioni lete u stratosferi na visinama uglavnom do 20 km (iako dinamički plafon može biti mnogo veći). Meteorološki baloni na velikim visinama dižu se do 40 km; rekord za balon bez posade je 51,8 km.

U posljednje vrijeme, u vojnim krugovima Sjedinjenih Država, velika se pažnja poklanja razvoju slojeva stratosfere iznad 20 km, koji se često nazivaju "predprostor" (eng. « blizu svemira» ). Pretpostavlja se da će bespilotne zračne brodove i letjelice na solarni pogon (poput NASA Pathfinder) moći dugo ostati na visini od oko 30 km i pružiti osmatranje i komunikaciju za vrlo velika područja, dok će ostati niska ranjivost na protuzračnu odbranu sistemi; takvi uređaji će biti višestruko jeftiniji od satelita.

Stratopauza- sloj atmosfere, koji je granica između dva sloja, stratosfere i mezosfere. U stratosferi temperatura raste sa visinom, a stratopauza je sloj u kojem temperatura dostiže svoj maksimum. Temperatura stratopauze je oko 0 °C.

Ovaj fenomen se ne opaža samo na Zemlji, već i na drugim planetama sa atmosferom.

Na Zemlji se stratopauza nalazi na nadmorskoj visini od 50 - 55 km. Atmosferski pritisak je oko 1/1000 pritiska na nivou mora.

Mezosfera(od grčkog μεσο- - "sredina" i σφαῖρα - "lopta", "sfera") - sloj atmosfere na visinama od 40-50 do 80-90 km. Karakterizira ga povećanje temperature s visinom; maksimalna (oko +50°C) temperatura se nalazi na nadmorskoj visini od oko 60 km, nakon čega temperatura počinje opadati na -70° ili -80°C. Takvo smanjenje temperature povezano je s energetskom apsorpcijom sunčevog zračenja (radijacije) ozonom. Termin je usvojila Geografsko-geofizička unija 1951. godine.

Gasni sastav mezosfere, kao i nižih slojeva atmosfere, je konstantan i sadrži oko 80% azota i 20% kiseonika.

Mezosfera je od donje stratosfere odvojena stratopauzom, a od termosfere koja leži iznad mezopauze. Mezopauza se u osnovi poklapa sa turbopauzom.

Meteori počinju da sijaju i, po pravilu, potpuno izgore u mezosferi.

U mezosferi se mogu pojaviti noctilucentni oblaci.

Za letove, mezosfera je neka vrsta "mrtve zone" - ovdje je zrak previše razrijeđen da bi mogao izdržati avione ili balone (na visini od 50 km gustina zraka je 1000 puta manja nego na nivou mora), a pri tome vrijeme pregusto za umjetne letove satelita u tako niskoj orbiti. Direktna proučavanja mezosfere provode se uglavnom uz pomoć suborbitalnih meteoroloških raketa; općenito, mezosfera je proučavana lošije od ostalih slojeva atmosfere, zbog čega su je naučnici nazvali "ignorosfera".

mezopauza

mezopauza Sloj atmosfere koji razdvaja mezosferu i termosferu. Na Zemlji se nalazi na nadmorskoj visini od 80-90 km. U mezopauzi postoji temperaturni minimum, koji iznosi oko -100°C. Ispod (počevši sa visine od oko 50 km) temperatura opada sa visinom, iznad (do visine od oko 400 km) ponovo raste. Mezopauza se poklapa sa donjom granicom oblasti aktivne apsorpcije rendgenskih zraka i ultraljubičastog zračenja Sunca najkraće talasne dužine. Na ovoj visini se uočavaju srebrnasti oblaci.

Mezopauza postoji ne samo na Zemlji, već i na drugim planetama sa atmosferom.

Karmanova linija- visina iznad nivoa mora, koja je konvencionalno prihvaćena kao granica između Zemljine atmosfere i svemira.

Prema definiciji Fédération Aéronautique Internationale (FAI), Karmanova linija se nalazi na nadmorskoj visini od 100 km.

Visina je dobila ime po Teodoru fon Karmanu, američkom naučniku mađarskog porijekla. On je prvi utvrdio da se na ovoj visini atmosfera toliko razrjeđuje da aeronautika postaje nemoguća, jer brzina aviona, neophodna za stvaranje dovoljnog uzgona, postaje veća od prve kosmičke brzine, pa stoga, da bi se postigla veća visinama, potrebno je koristiti sredstva astronautike.

Zemljina atmosfera se nastavlja dalje od Karmanove linije. vanjski dio zemljina atmosfera, egzosfera, proteže se do visine od 10 hiljada km ili više, na takvoj visini atmosfera se sastoji uglavnom od atoma vodika koji mogu napustiti atmosferu.

Dostizanje Karmanove linije bio je prvi uslov za Ansari X nagradu, jer je to osnova za prepoznavanje leta kao svemirskog leta.