Atmosfääri väärtuste tabel. Atmosfääri vertikaalne struktuur

Atmosfäär on kihilise struktuuriga. Kihtide vahelised piirid ei ole teravad ning nende kõrgus sõltub laiuskraadist ja aastaajast. Kihiline struktuur on temperatuurimuutuste tulemus erinevad kõrgused. Ilm kujuneb troposfääris (madalpool umbes 10 km: pooluste kohal umbes 6 km ja ekvaatorist üle 16 km). Ja troposfääri ülempiir on suvel kõrgem kui talvel.

Maapinnast ülespoole on need kihid:

Troposfäär

Stratosfäär

Mesosfäär

Termosfäär

Eksosfäär

Troposfäär

Atmosfääri alumist osa kuni 10-15 km kõrguseni, kuhu on koondunud 4/5 kogu atmosfääriõhu massist, nimetatakse troposfääriks. Temale on omane, et siin langeb temperatuur koos kõrgusega keskmiselt 0,6°/100 m (mõnel juhul varieerub temperatuurijaotus piki vertikaali laias vahemikus). Troposfäär sisaldab peaaegu kogu atmosfääris leiduvat veeauru ja tekivad peaaegu kõik pilved. Turbulents on ka siin kõrgelt arenenud, eriti lähedal maa pind, samuti troposfääri ülemises osas nn jugavooludes.

Kõrgus, milleni troposfäär ulatub üle kõigi Maa paikade, varieerub päevade lõikes. Lisaks on see isegi keskmiselt erinevatel laiuskraadidel ja aastaaegadel erinev. Aastane troposfäär ulatub keskmiselt üle pooluste umbes 9 km kõrgusele, parasvöötme laiuskraadidel kuni 10-12 km ja üle ekvaatori kuni 15-17 km kõrgusele. Aasta keskmine õhutemperatuur maapinna lähedal on ekvaatoril umbes +26° ja põhjapoolusel umbes -23°. Troposfääri tipus ekvaatori kohal keskmine temperatuur umbes -70°, üle põhjapooluse talvel umbes -65° ja suvel umbes -45°.

Õhurõhk troposfääri ülemisel piiril, mis vastab selle kõrgusele, on 5-8 korda väiksem kui maapinnal. Seetõttu asub suurem osa atmosfääriõhust troposfääris. Troposfääris toimuvad protsessid on otsese ja määrava tähtsusega maapinnalähedase ilmastiku ja kliima jaoks.

Kogu veeaur on koondunud troposfääri, mistõttu tekivad kõik pilved troposfääris. Temperatuur langeb koos kõrgusega.

Päikesekiired läbivad kergesti troposfääri ning soojus, mida päikesekiirte poolt kuumutatud Maa kiirgab, koguneb troposfääri: gaasid nagu süsihappegaas, metaan ja veeaur hoiavad soojust. Seda päikesekiirgusega soojendatud Maa atmosfääri soojendamise mehhanismi nimetatakse kasvuhooneefektiks. Kuna Maa on atmosfääri soojusallikas, langeb õhutemperatuur kõrgusega.

Turbulentse troposfääri ja rahuliku stratosfääri vahelist piiri nimetatakse tropopausiks. Siin tekivad kiiresti liikuvad tuuled, mida nimetatakse "jugavooludeks".

Kunagi eeldati, et atmosfääri temperatuur langeb ka troposfääri kohal, kuid atmosfääri kõrgetes kihtides tehtud mõõtmised näitasid, et see pole nii: vahetult tropopausi kohal on temperatuur peaaegu konstantne ja seejärel hakkab see tõusma. horisontaaltuuled puhuvad stratosfääris turbulentsi tekitamata. Stratosfääri õhk on väga kuiv ja seetõttu esineb pilvi harva. Tekivad nn pärlmutterpilved.

Stratosfäär on Maa elu jaoks väga oluline, sest just selles kihis on väike kogus osooni, mis neelab tugevat elule kahjulikku ultraviolettkiirgust. Neelates ultraviolettkiirgust, soojendab osoon stratosfääri.

Stratosfäär

Troposfääri kohal kuni 50–55 km kõrguseni asub stratosfäär, mida iseloomustab asjaolu, et temperatuur selles tõuseb keskmiselt kõrgusega. Troposfääri ja stratosfääri vahelist üleminekukihti (1-2 km paksune) nimetatakse tropopausiks.

Eespool olid andmed temperatuuri kohta troposfääri ülemisel piiril. Need temperatuurid on iseloomulikud ka madalamale stratosfäärile. Seega on õhutemperatuur madalamas stratosfääris ekvaatori kohal alati väga madal; pealegi on see suvel tunduvalt madalam kui pooluse kohal.

Alumine stratosfäär on enam-vähem isotermiline. Kuid alates umbes 25 km kõrgusest tõuseb temperatuur stratosfääris kiiresti kõrgusega, saavutades maksimaalsed väärtused (+10 kuni +30 °) umbes 50 km kõrgusel. Temperatuuri tõusu tõttu kõrgusega on turbulents stratosfääris madal.

Stratosfääris on väga vähe veeauru. 20-25 km kõrgusel on aga mõnikord suurtel laiuskraadidel märgata väga õhukesi, nn pärlmutterpilvi. Päeval pole neid näha, kuid öösel näivad nad helendavat, kuna neid valgustab horisondi all olev päike. Need pilved koosnevad ülejahutatud veepiiskadest. Stratosfääri iseloomustab ka asjaolu, et see sisaldab peamiselt atmosfääriosooni, nagu eespool mainitud.

Mesosfäär

Stratosfääri kohal asub mesosfääri kiht, kuni umbes 80 km. Siin langeb temperatuur kõrgusega mitmekümne miinuskraadini. Temperatuuri kiire languse tõttu kõrgusega on turbulents mesosfääris kõrgelt arenenud. Mesosfääri ülemise piiri lähedal (75-90 km) on endiselt eriline pilved, mida valgustab ka öösel päike, nn hõbedased pilved. Tõenäoliselt koosnevad need jääkristallidest.

Mesosfääri ülemisel piiril on õhurõhk 200 korda väiksem kui maapinnal. Seega sisaldavad troposfäär, stratosfäär ja mesosfäär kokku kuni 80 km kõrguseni üle 99,5% atmosfääri kogumassist. Pealmised kihid sisaldavad tühisel määral õhku

Umbes 50 km kõrgusel Maast hakkab temperatuur taas langema, tähistades stratosfääri ülemist piiri ja järgmise kihi – mesosfääri algust. Mesosfääris on atmosfääri kõige külmem temperatuur: -2 kuni -138 kraadi Celsiuse järgi. Siin on kõige kõrgemad pilved: selge ilmaga on neid näha päikeseloojangul. Neid nimetatakse noctilucentiks (öösel helendavad).

Termosfäär

Atmosfääri ülemist osa, mis asub mesosfääri kohal, iseloomustab väga kõrge temperatuur ja seetõttu nimetatakse seda termosfääriks. Siiski eristatakse selles kahte osa: ionosfääri, mis ulatub mesosfäärist umbes tuhande kilomeetri kõrguseni, ja selle kohal asuvat välimist osa - eksosfääri, mis läheb Maa kroonisse.

Õhk ionosfääris on äärmiselt haruldane. Oleme juba märkinud, et 300-750 km kõrgusel on selle keskmine tihedus umbes 10-8-10-10 g/m3. Kuid isegi nii väikese tihedusega sisaldab iga kuupsentimeetrit õhku 300 km kõrgusel endiselt umbes miljard (109) molekuli või aatomit ja 600 km kõrgusel rohkem kui 10 miljonit (107). See on mitu suurusjärku suurem kui gaaside sisaldus planeetidevahelises ruumis.

Ionosfääri, nagu nimi ise ütleb, iseloomustab väga tugev õhu ionisatsiooniaste - ioonide sisaldus on siin mitu korda suurem kui aluskihtides, hoolimata õhu üldisest tugevast hõrenemisest. Need ioonid on peamiselt laetud hapnikuaatomid, laetud lämmastikoksiidi molekulid ja vabad elektronid. Nende sisaldus 100–400 km kõrgusel on umbes 1015–106 kuupsentimeetri kohta.

Ionosfääris eristatakse maksimaalse ionisatsiooniga mitut kihti või piirkonda, eriti 100-120 km ja 200-400 km kõrgustel. Kuid isegi nende kihtide vaheaegadel jääb atmosfääri ionisatsiooniaste väga kõrgeks. Ionosfääri kihtide asukoht ja ioonide kontsentratsioon neis muutub kogu aeg. Eriti suure kontsentratsiooniga elektronide sporaadilisi kuhjumisi nimetatakse elektronipilvedeks.

Atmosfääri elektrijuhtivus sõltub ionisatsiooniastmest. Seetõttu on ionosfääris õhu elektrijuhtivus üldiselt 1012 korda suurem kui maapinnal. Raadiolained kogevad ionosfääris neeldumist, murdumist ja peegeldumist. Üle 20 m pikkused lained ei saa ionosfääri üldse läbi: neid peegelduvad juba madala kontsentratsiooniga elektronkihid ionosfääri alumises osas (70-80 km kõrgusel). Keskmised ja lühikesed lained peegelduvad katvatest ionosfäärikihtidest.

Tänu ionosfääri peegeldusele on võimalik pikamaa side lühikestel lainetel. Mitmekordne peegeldus ionosfäärilt ja maapinnalt võimaldab lühikestel lainetel levida siksakiliselt pikki vahemaid, painutades ümber pinna maakera. Kuna ionosfääri kihtide asend ja kontsentratsioon muutuvad pidevalt, muutuvad ka raadiolainete neeldumise, peegelduse ja levimise tingimused. Seetõttu nõuab usaldusväärne raadioside pidevat ionosfääri seisundi uurimist. Vaatlused raadiolainete leviku kohta on just selliste uuringute vahendid.

Ionosfääris täheldatakse aurorasid ja neile looduses lähedast öötaeva helki - atmosfääriõhu pidevat luminestsentsi, aga ka järske magnetvälja kõikumisi - ionosfääri magnettorme.

Ionisatsioon ionosfääris võlgneb oma olemasolu Päikesest lähtuva ultraviolettkiirguse toimele. Selle neeldumine atmosfääri gaasimolekulidesse põhjustab laetud aatomite ja vabade elektronide ilmumist, nagu eespool kirjeldatud. Magnetvälja kõikumised ionosfääris ja auroras sõltuvad päikese aktiivsuse kõikumisest. Päikese aktiivsuse muutused on seotud Päikeselt Maa atmosfääri tuleva korpuskulaarse kiirguse voo muutustega. Nimelt on korpuskulaarne kiirgus nende ionosfääri nähtuste jaoks fundamentaalse tähtsusega.

Temperatuur ionosfääris tõuseb kõrgusega kuni väga suured väärtused. Umbes 800 km kõrgusel ulatub see 1000°-ni.

Rääkides ionosfääri kõrgetest temperatuuridest, tähendavad need seda, et atmosfäärigaaside osakesed liiguvad seal väga suure kiirusega. Õhutihedus ionosfääris on aga nii madal, et ionosfääris asuv keha, näiteks lendav satelliit, ei kuumene õhuga soojusvahetusel. Temperatuuri režiim satelliit sõltub päikesekiirguse otsesest neeldumisest selles ja tema enda kiirguse naasmisest ümbritsevasse ruumi. Termosfäär asub mesosfääri kohal 90–500 km kõrgusel Maa pinnast. Siin asuvad gaasimolekulid on tugevalt hajutatud, neelavad röntgenikiirgust ja ultraviolettkiirguse lühilainelist osa. Seetõttu võib temperatuur ulatuda 1000 kraadini Celsiuse järgi.

Termosfäär vastab põhimõtteliselt ionosfäärile, kus ioniseeritud gaas peegeldab raadiolaineid tagasi Maale – see nähtus võimaldab luua raadiosidet.

Eksosfäär

800–1000 km kõrgusel läheb atmosfäär eksosfääri ja järk-järgult planeetidevahelisse ruumi. Gaasiosakeste, eriti kergete osakeste kiirused on siin väga suured ja nendel kõrgustel üliharuldase õhu tõttu võivad osakesed lennata ümber Maa elliptilistel orbiitidel ilma omavahel kokku põrgamata. Sel juhul võivad üksikute osakeste kiirused olla piisavad raskusjõu ületamiseks. Laenguta osakeste puhul on kriitiline kiirus 11,2 km/sek. Sellised eriti kiired osakesed võivad mööda hüperboolseid trajektoore liikudes atmosfäärist välja lennata avakosmosesse, "põgeneda" ja hajuda. Seetõttu nimetatakse eksosfääri ka hajusfääriks.

Välja pääsevad valdavalt vesinikuaatomid, mis on domineeriv gaas eksosfääri kõrgeimates kihtides.

Viimasel ajal on oletatud, et eksosfäär ja koos sellega ka maa atmosfäär üldiselt lõpevad 2000–3000 km kõrgusel. Kuid rakettide ja satelliitide vaatlused on andnud alust arvata, et eksosfäärist välja pääsev vesinik moodustab Maa ümber nn maapealse krooni, mis ulatub enam kui 20 000 km kaugusele. Muidugi on gaasi tihedus Maa kroonis tühine. Iga kuupsentimeetri kohta on keskmiselt vaid umbes tuhat osakest. Kuid planeetidevahelises ruumis on osakeste (peamiselt prootonite ja elektronide) kontsentratsioon vähemalt kümme korda väiksem.

Satelliitide ja geofüüsikaliste rakettide abil on atmosfääri ülaosas ja Maa-lähedases väliskosmoses olemas Maa kiirgusvöönd, mis algab mitmesaja kilomeetri kõrguselt ja ulatub kümnete tuhandete kilomeetrite kaugusele. maapinnale, on kindlaks tehtud. See vöö koosneb elektriliselt laetud osakestest – prootonitest ja elektronidest, mis on kinni püütud Maa magnetvälja poolt ja liiguvad väga suure kiirusega. Nende energia on suurusjärgus sadu tuhandeid elektronvolte. Kiirgusvöö kaotab pidevalt maakera atmosfääri osakesi ja seda täiendatakse päikese korpuskulaarse kiirguse voogudega.

atmosfäär temperatuur stratosfäär troposfäär

Kõik, kes on lennukiga lennanud, on harjunud sellise sõnumiga: "meie lend on 10 000 m kõrgusel, temperatuur üle parda on 50 °C." Tundub, et pole midagi erilist. Mida kaugemal Päikese poolt kuumutatud Maa pinnast, seda külmem. Paljud inimesed arvavad, et temperatuuri langus kõrgusega jätkub pidevalt ja järk-järgult temperatuur langeb, lähenedes ruumi temperatuurile. Muide, teadlased arvasid nii kuni 19. sajandi lõpuni.

Vaatame lähemalt õhutemperatuuri jaotumist Maa kohal. Atmosfäär jaguneb mitmeks kihiks, mis peegeldavad eelkõige temperatuurimuutuste olemust.

Atmosfääri alumist kihti nimetatakse troposfäär, mis tähendab "pöörlemissfäär". Kõik muutused ilmas ja kliimas on selles kihis toimuvate füüsikaliste protsesside tulemus. Selle kihi ülemine piir asub seal, kus temperatuuri langus koos kõrgusega asendub selle tõusuga – ligikaudu kõrgusel ekvaatorist 15-16 km ja pooluste kohal 7-8 km. Nagu Maa ise, on ka atmosfäär meie planeedi pöörlemise mõjul pooluste kohal mõnevõrra lapik ja paisub üle ekvaatori. mõju on atmosfääris palju tugevam kui Maa tahkel kestal.Siunas Maa pinnalt troposfääri ülemise piirini õhutemperatuur langeb.Ekvaatori kohal minimaalne temperatuurõhk on umbes -62 ° C ja pooluste kohal umbes -45 ° C. Parasvöötme laiuskraadidel asub üle 75% atmosfääri massist troposfääris. Troopikas asub umbes 90% atmosfääri massist troposfääris.

1899. aastal leiti vertikaalses temperatuuriprofiilis teatud kõrgusel miinimum ja seejärel temperatuur veidi tõusis. Selle tõusu algus tähendab üleminekut järgmisele atmosfääri kihile - kuni stratosfäär, mis tähendab "kihtsfäär". Mõiste stratosfäär tähendab ja peegeldab endist ideed troposfääri kohal paikneva kihi unikaalsusest. Stratosfäär ulatub umbes 50 km kõrgusele maapinnast. Selle tunnuseks on , eelkõige õhutemperatuuri järsk tõus.Seda temperatuuri tõusu seletatakse osooni moodustumise reaktsiooniga – üks peamisi keemilised reaktsioonid atmosfääris esinev.

Põhiosa osoonist on koondunud umbes 25 km kõrgusele, kuid üldiselt on osoonikiht piki kõrgust tugevalt venitatud kest, mis katab peaaegu kogu stratosfääri. Hapniku koostoime ultraviolettkiirtega on üks soodsaid protsesse maakera atmosfääris, mis aitab kaasa elu säilimisele maa peal. Selle energia neeldumine osooni poolt takistab selle liigset voolamist maapinnale, kus tekib täpselt selline energiatase, mis sobib maapealsete eluvormide eksisteerimiseks. Osonosfäär neelab osa atmosfääri läbivast kiirgusenergiast. Selle tulemusena tekib osonosfääris vertikaalne õhutemperatuuri gradient ligikaudu 0,62 ° C 100 m kohta, st temperatuur tõuseb kõrgusega kuni stratosfääri ülemise piirini - stratopausini (50 km), ulatudes vastavalt mõned andmed, 0 ° C.

50–80 km kõrgusel on atmosfäärikiht, mida nimetatakse mesosfäär. Sõna "mesosfäär" tähendab "vahesfääri", siin jätkab õhutemperatuuri langus kõrgusega. Mesosfääri kohal kihis nn termosfäär, tõuseb temperatuur uuesti kõrgusega kuni umbes 1000 °C ja langeb seejärel väga kiiresti -96 °C-ni. Kuid see ei lange lõputult, siis tõuseb temperatuur uuesti.

Termosfäär on esimene kiht ionosfäär. Erinevalt eelnevalt mainitud kihtidest ei erista ionosfääri temperatuuri järgi. Ionosfäär on elektrilise iseloomuga piirkond, mis teeb võimalikuks mitut tüüpi raadioside. Ionosfäär on jagatud mitmeks kihiks, mis tähistab neid tähtedega D, E, F1 ja F2. Neil kihtidel on ka erinimetused. Kihtideks jagunemist põhjustavad mitmed põhjused, millest olulisim on kihtide ebavõrdne mõju raadiolainete läbipääsule. Alumine kiht D neelab peamiselt raadiolaineid ja takistab seega nende edasist levimist. Kõige paremini uuritud kiht E asub umbes 100 km kõrgusel maapinnast. Seda nimetatakse ka Kennelly-Heaviside kihiks Ameerika ja Inglise teadlaste nimede järgi, kes selle samaaegselt ja iseseisvalt avastasid. Kiht E, nagu hiiglaslik peegel, peegeldab raadiolaineid. Tänu sellele kihile liiguvad pikad raadiolained kaugemale kui eeldaks, kui nad leviksid ainult sirgjooneliselt, peegeldumata E-kihilt.Samuti on F-kihil sarnased omadused.Seda nimetatakse ka Appletoni kihiks. Koos Kennelly-Heaviside kihiga peegeldab see raadiolaineid maapealsetele raadiojaamadele.Selline peegeldus võib esineda erinevate nurkade all. Appletoni kiht asub umbes 240 km kõrgusel.

Sageli nimetatakse atmosfääri äärepoolseimat piirkonda, ionosfääri teist kihti eksosfäär. See termin tähistab kosmose äärealade olemasolu Maa lähedal. Raske on täpselt kindlaks teha, kus atmosfäär lõpeb ja ruum algab, kuna atmosfäärigaaside tihedus väheneb järk-järgult kõrgusega ja atmosfäär ise muutub järk-järgult peaaegu vaakumiks, milles kohtuvad ainult üksikud molekulid. Juba umbes 320 km kõrgusel on atmosfääri tihedus nii madal, et molekulid suudavad üksteisega kokku põrkamata liikuda üle 1 km. Selle ülemise piirina toimib atmosfääri välimine osa, mis asub 480–960 km kõrgusel.

Rohkem infot atmosfääris toimuvate protsesside kohta leiab kodulehelt "Maa kliima"

> Maa atmosfäär

Kirjeldus Maa atmosfäär igas vanuses lastele: millest õhk koosneb, gaaside olemasolu, fotokihid, Päikesesüsteemi kolmanda planeedi kliima ja ilm.

Kõige väiksematele Juba on teada, et Maa on meie süsteemis ainus planeet, millel on elujõuline atmosfäär. Gaasitekk pole mitte ainult õhurikas, vaid kaitseb meid ka liigse kuumuse ja päikesekiirguse eest. Tähtis lastele seletada et süsteem on uskumatult hästi disainitud, sest võimaldab pinnal päeval soojeneda ja öösel jahtuda, säilitades samal ajal vastuvõetava tasakaalu.

Alustada selgitus lastele see on võimalik sellega, et pall maa atmosfäär ulatub 480 km kaugusele, kuid suurem osa sellest on maapinnast 16 km kaugusel. Mida kõrgem on kõrgus, seda madalam on rõhk. Kui võtame merepinna, siis seal on rõhk 1 kg ruutsentimeetri kohta. Kuid 3 km kõrgusel see muutub - 0,7 kg ruutsentimeetri kohta. Muidugi on sellistes tingimustes raskem hingata ( lapsed võiks seda tunda, kui sa kunagi mägedesse matkama läheksid).

Maa õhu koostis – selgitus lastele

Gaaside hulka kuuluvad:

• Lämmastik - 78%.
• Hapnik - 21%.
• Argoon - 0,93%.
• Süsinikdioksiid - 0,038%.
• Väikestes kogustes on ka veeauru ja muid gaasilisi lisandeid.

Maa atmosfäärikihid - selgitus lastele

Vanemad või õpetajad koolis Tuleks meelde tuletada, et Maa atmosfäär jaguneb 5 tasandiks: eksosfäär, termosfäär, mesosfäär, stratosfäär ja troposfäär. Iga kihiga atmosfäär lahustub üha enam, kuni gaasid lõpuks kosmosesse hajuvad.

Troposfäär on pinnale kõige lähemal. 7-20 km paksusega moodustab see poole maakera atmosfäärist. Mida lähemale Maale, seda rohkem õhk soojeneb. Siia kogutakse peaaegu kogu veeaur ja tolm. Lapsed ei pruugi olla üllatunud, et pilved hõljuvad just sellel tasemel.

Stratosfäär algab troposfäärist ja tõuseb 50 km kõrgusele maapinnast. Siin on palju osooni, mis soojendab atmosfääri ja säästab kahjuliku päikesekiirguse eest. Õhk on 1000 korda õhem kui merepinnast kõrgemal ja ebatavaliselt kuiv. Seetõttu tunnevad lennukid end siin suurepäraselt.

Mesosfäär: 50–85 km kõrgusel maapinnast. Ülaosa nimetatakse mesopausiks ja see on maakera atmosfääri jahedaim koht (-90°C). Seda on väga raske uurida, sest reaktiivlennukid ei pääse sinna ja satelliitide orbiidi kõrgus on liiga kõrge. Teadlased teavad ainult seda, et siin põlevad meteoorid.

Termosfäär: 90 km ja vahemikus 500-1000 km. Temperatuur ulatub 1500°C-ni. Seda peetakse Maa atmosfääri osaks, kuid see on oluline lastele seletada et siinne õhutihedus on nii madal, et suurem osa sellest tajutakse juba kosmosena. Tegelikult asuvad siin kosmosesüstikud ja rahvusvaheline kosmosejaam. Lisaks moodustuvad siin aurorad. Laetud kosmilised osakesed puutuvad kokku termosfääri aatomite ja molekulidega, kandes need üle kõrgemale energiatasemele. Seetõttu näeme neid valguse footoneid aurora kujul.

Eksosfäär on kõrgeim kiht. Uskumatu õhuke joon atmosfääri ühinemine ruumiga. Koosneb laialt hajutatud vesiniku- ja heeliumiosakestest.

Maa kliima ja ilm - selgitus lastele

Kõige väiksematele vaja seletama et Maa suudab ülal pidada paljusid elusliike tänu regionaalsele kliimale, mida esindavad poolustel äärmuslik külm ja ekvaatoril troopiline kuumus. Lapsed peaks teadma, et piirkondlik kliima on ilm, mis konkreetses piirkonnas püsib muutumatuna 30 aastat. Muidugi võib see vahel mitu tundi muutuda, kuid enamasti jääb see stabiilseks.

Lisaks on olemas ka ülemaailmne maapealne kliima - keskmine piirkondlik. See on inimkonna ajaloo jooksul muutunud. Täna on kiire soojenemine. Teadlased löövad häirekella, kuna inimeste põhjustatud kasvuhoonegaasid püüavad atmosfääri soojust kinni, riskides muuta meie planeedist Veenuseks.

Atmosfääri koostis. Meie planeedi õhukest - õhkkond kaitseb maapinda Päikese ultraviolettkiirguse kahjuliku mõju eest elusorganismidele. Samuti kaitseb see Maad kosmiliste osakeste – tolmu ja meteoriitide eest.

Atmosfäär koosneb mehaanilisest gaaside segust: 78% selle mahust on lämmastik, 21% hapnik ja alla 1% heelium, argoon, krüptoon ja muud inertsed gaasid. Hapniku ja lämmastiku kogus õhus on praktiliselt muutumatu, sest lämmastik peaaegu ei ühine teiste ainetega ning hapnik, mis on küll väga aktiivne ja kulub hingamisele, oksüdatsioonile ja põlemisele, täieneb taimedega pidevalt.

Kuni umbes 100 km kõrguseni jääb nende gaaside protsent praktiliselt muutumatuks. See on tingitud asjaolust, et õhk on pidevalt segatud.

Lisaks nendele gaasidele sisaldab atmosfäär umbes 0,03% süsihappegaasi, mis on tavaliselt koondunud maapinna lähedale ja jaotunud ebaühtlaselt: linnades, tööstuskeskustes ja vulkaanilise tegevuse piirkondades selle hulk suureneb.

Atmosfääris on alati teatud kogus lisandeid – veeauru ja tolmu. Veeauru sisaldus sõltub õhu temperatuurist: mida kõrgem on temperatuur, seda rohkem auru õhk hoiab. Auruvee olemasolu tõttu õhus on võimalikud atmosfäärinähtused nagu vikerkaar, päikesevalguse murdumine jne.

Tolm satub atmosfääri vulkaanipursete, liiva- ja tolmutormide ajal, soojuselektrijaamades kütuse mittetäieliku põlemisega jne.

Atmosfääri struktuur. Atmosfääri tihedus muutub kõrgusega: see on kõrgeim Maa pinnal ja väheneb tõustes. Nii et 5,5 km kõrgusel on atmosfääri tihedus 2 korda ja 11 km kõrgusel - 4 korda väiksem kui pinnakihis.

Sõltuvalt gaaside tihedusest, koostisest ja omadustest jaguneb atmosfäär viieks kontsentriliseks kihiks (joonis 34).

Riis. 34. Atmosfääri vertikaalne läbilõige (atmosfääri kihistumine)

1. Alumist kihti nimetatakse troposfäär. Selle ülemine piir kulgeb poolustel 8-10 km ja ekvaatoril 16-18 km kõrgusel. Troposfäär sisaldab kuni 80% atmosfääri kogumassist ja peaaegu kogu veeauru.

Õhutemperatuur langeb troposfääris kõrgusega 0,6 °C iga 100 m järel ja selle ülemisel piiril on -45-55 °C.

Õhk troposfääris keerleb pidevalt erinevad suunad. Ainult siin täheldatakse udu, vihma, lumesadu, äikest, torme ja muid ilmastikunähtusi.

2. Üleval asub stratosfäär, mis ulatub 50-55 km kõrgusele. Õhu tihedus ja rõhk stratosfääris on tühised. Haruldane õhk koosneb samadest gaasidest, mis troposfääris, kuid sisaldab rohkem osooni. Osooni kõrgeimat kontsentratsiooni täheldatakse 15-30 km kõrgusel. Stratosfääri temperatuur tõuseb koos kõrgusega ja jõuab ülemisel piiril 0 °C-ni või rohkem. Seda seetõttu, et osoon neelab lühikese lainepikkuse. päikeseenergia, mis põhjustab õhu kuumenemist.

3. Stratosfääri kohal asub mesosfäär, ulatub 80 km kõrgusele. Selles langeb temperatuur uuesti ja jõuab -90 ° C-ni. Õhutihedus on seal 200 korda väiksem kui Maa pinnal.

4. Mesosfääri kohal on termosfäär(80-800 km). Temperatuur selles kihis tõuseb: 150 km kõrgusel kuni 220 °C; kõrgusel 600 km kuni 1500 °C. Atmosfääri gaasid (lämmastik ja hapnik) on ioniseeritud olekus. Päikese lühilainekiirguse toimel eralduvad üksikud elektronid aatomite kestadest. Selle tulemusena selles kihis - ionosfäär ilmuvad laetud osakeste kihid. Nende kõige tihedam kiht on 300-400 km kõrgusel. Madala tiheduse tõttu Päikesekiired nad ei haju seal, nii et taevas on must, tähed ja planeedid säravad sellel eredalt.

Ionosfääris on polaartuled, võimas elektrivoolud mis põhjustavad häireid Maa magnetväljas.

5. Üle 800 km asub välimine kest - eksosfäär.Üksikosakeste liikumiskiirus eksosfääris läheneb kriitilisele – 11,2 mm/s, mistõttu üksikud osakesed võivad ületada Maa gravitatsiooni ja põgeneda maailmaruumi.

Atmosfääri väärtus. Atmosfääri roll meie planeedi elus on erakordselt suur. Ilma selleta oleks Maa surnud. Atmosfäär kaitseb Maa pinda intensiivse kuumenemise ja jahtumise eest. Selle mõju võib võrrelda klaasi rolliga kasvuhoonetes: lasta päikesekiiri sisse ja takistada soojuse väljapääsu.

Atmosfäär kaitseb elusorganisme Päikese lühilaine- ja korpuskulaarse kiirguse eest. Atmosfäär on keskkond, kus toimuvad ilmastikunähtused, millega kõik inimtegevus. Selle kesta uurimine toimub meteoroloogiajaamades. Päeval ja öösel jälgivad meteoroloogid atmosfääri alumiste kihtide seisundit iga ilmaga. Neli korda päevas ja paljudes jaamades iga tund mõõdetakse temperatuuri, rõhku, õhuniiskust, pilvisust, tuule suunda ja kiirust, sademeid, elektri- ja helinähtusi atmosfääris. Meteoroloogiajaamad asuvad kõikjal: Antarktikas ja troopilistes vihmametsades, edasi kõrged mäed ja tundra piiritutes avarustes. Ookeanidel tehakse vaatlusi ka spetsiaalselt ehitatud laevadelt.

Alates 30ndatest. 20. sajandil vaatlused algasid vabas õhkkonnas. Nad hakkasid käivitama raadiosonde, mis tõusevad 25-35 km kõrgusele ja edastasid raadioseadmete abil Maale teavet temperatuuri, rõhu, õhuniiskuse ja tuule kiiruse kohta. Tänapäeval kasutatakse laialdaselt ka meteoroloogilisi rakette ja satelliite. Viimastel on televisiooniinstallatsioonid, mis edastavad pilte maapinnast ja pilvedest.

| |
5. Maa õhukest§ 31. Atmosfääri soojendamine

Selle ülempiir on polaaraladel 8-10 km, parasvöötme 10-12 km ja troopilistel laiuskraadidel 16-18 km kõrgusel; talvel madalam kui suvel. Atmosfääri alumine, põhikiht. See sisaldab üle 80% atmosfääriõhu kogumassist ja umbes 90% kogu atmosfääris olevast veeaurust. Turbulents ja konvektsioon on troposfääris tugevalt arenenud, tekivad pilved, tekivad tsüklonid ja antitsüklonid. Temperatuur langeb koos kõrgusega ja keskmine vertikaalne gradient on 0,65°/100 m

"Normaalsete tingimuste" jaoks Maa pinnal võetakse: tihedus 1,2 kg/m3, õhurõhk 101,35 kPa, temperatuur pluss 20 °C ja suhteline õhuniiskus 50%. Nendel tingimuslikel näitajatel on puhtalt insenertehniline väärtus.

Stratosfäär

Atmosfääri kiht, mis asub 11–50 km kõrgusel. Iseloomulik on kerge temperatuurimuutus 11–25 km kihis (stratosfääri alumine kiht) ja selle tõus 25–40 km kihis –56,5–0,8 ° (ülemine stratosfäär ehk inversioonipiirkond). Olles saavutanud umbes 273 K (peaaegu 0 ° C) väärtuse umbes 40 km kõrgusel, püsib temperatuur konstantsena kuni umbes 55 km kõrguseni. Seda püsiva temperatuuriga piirkonda nimetatakse stratopausiks ja see on stratosfääri ja mesosfääri vaheline piir.

Stratopaus

Atmosfääri piirkiht stratosfääri ja mesosfääri vahel. Vertikaalses temperatuurijaotuses on maksimum (umbes 0 °C).

Mesosfäär

Mesopaus

Üleminekukiht mesosfääri ja termosfääri vahel. Vertikaalses temperatuurijaotuses on miinimum (umbes -90°C).

Karmani liin

Kõrgus merepinnast, mida tinglikult peetakse Maa atmosfääri ja kosmose vaheliseks piiriks.

Termosfäär

Ülemine piir on umbes 800 km. Temperatuur tõuseb 200-300 km kõrgusele, kus see jõuab väärtusteni suurusjärgus 1500 K, misjärel püsib see peaaegu konstantsena kuni suurtel kõrgustel. Päikese ultraviolett- ja röntgenkiirguse ning kosmilise kiirguse mõjul õhk ioniseerub ("polaartuled") – ionosfääri peamised piirkonnad asuvad termosfääri sees. Kõrgusel üle 300 km on ülekaalus aatomihapnik.

Eksosfäär (hajuv sfäär)

Kuni 100 km kõrguseni on atmosfäär homogeenne, hästi segunenud gaaside segu. Kõrgemates kihtides sõltub gaaside jaotus kõrguses nende molekulmassidest, raskemate gaaside kontsentratsioon väheneb Maa pinnast kaugenedes kiiremini. Gaasi tiheduse vähenemise tõttu langeb temperatuur stratosfääris 0 °C-lt mesosfääris -110 °C-ni. Üksikute osakeste kineetiline energia 200–250 km kõrgusel vastab aga temperatuurile ~1500°C. Üle 200 km täheldatakse olulisi temperatuuri ja gaasitiheduse kõikumisi ajas ja ruumis.

Umbes 2000-3000 km kõrgusel läheb eksosfäär järk-järgult nn. kosmosevaakumi lähedal, mis on täidetud planeetidevahelise gaasi väga haruldaste osakestega, peamiselt vesinikuaatomitega. Kuid see gaas on vaid osa planeetidevahelisest ainest. Teine osa koosneb komeedi ja meteoriidi päritolu tolmutaolistest osakestest. Lisaks üliharuldastele tolmutaolistele osakestele tungib sellesse ruumi ka päikese ja galaktilise päritoluga elektromagnetiline ja korpuskulaarne kiirgus.

Troposfäär moodustab umbes 80% atmosfääri massist, stratosfäär umbes 20%; mesosfääri mass - mitte rohkem kui 0,3%, termosfääri mass - vähem kui 0,05% kogukaalõhkkond. Atmosfääri elektriliste omaduste põhjal eristatakse neutrosfääri ja ionosfääri. Praegu arvatakse, et atmosfäär ulatub 2000-3000 km kõrgusele.

Sõltuvalt gaasi koostisest atmosfääris eraldavad nad homosfäär ja heterosfäär. heterosfäär- see on piirkond, kus gravitatsioon mõjutab gaaside eraldumist, kuna nende segunemine sellisel kõrgusel on tühine. Siit tuleneb heterosfääri muutuv koostis. Selle all asub hästi segunenud homogeenne osa atmosfäärist, mida nimetatakse homosfääriks. Nende kihtide vahelist piiri nimetatakse turbopausiks, see asub umbes 120 km kõrgusel.

Füüsikalised omadused

Atmosfääri paksus on Maa pinnast ligikaudu 2000–3000 km kaugusel. Õhu kogumass - (5,1-5,3)?10 18 kg. Puhta kuiva õhu molaarmass on 28,966. Rõhk 0 °C juures merepinnal 101,325 kPa; kriitiline temperatuur -140,7 °C; kriitiline rõhk 3,7 MPa; C p 1,0048-10? J / (kg K) (0 °C juures), C v 0,7159 10? J/(kg K) (0 °C juures). Õhu lahustuvus vees temperatuuril 0°С - 0,036%, temperatuuril 25°С - 0,22%.

Atmosfääri füsioloogilised ja muud omadused

Juba 5 km kõrgusel merepinnast tekib treenimata inimesel hapnikunälg ja ilma kohanemiseta langeb inimese töövõime oluliselt. Siin lõpeb atmosfääri füsioloogiline tsoon. Inimese hingamine muutub võimatuks 15 km kõrgusel, kuigi kuni umbes 115 km ulatuses sisaldab atmosfäär hapnikku.

Atmosfäär annab meile hingamiseks vajaliku hapniku. Kuid atmosfääri üldrõhu languse tõttu kõrgusele tõustes väheneb vastavalt ka hapniku osarõhk.

Inimese kopsud sisaldavad pidevalt umbes 3 liitrit alveolaarset õhku. Hapniku osarõhk alveolaarses õhus normaalsel tasemel atmosfääri rõhk on 110 mm Hg. Art., Süsinikdioksiidi rõhk - 40 mm Hg. Art., ja veeaur - 47 mm Hg. Art. Kõrguse suurenedes hapniku rõhk langeb ning veeauru ja süsinikdioksiidi kogurõhk kopsudes jääb peaaegu konstantseks - umbes 87 mm Hg. Art. Hapniku vool kopsudesse peatub täielikult, kui ümbritseva õhu rõhk muutub selle väärtusega võrdseks.

Umbes 19-20 km kõrgusel langeb atmosfäärirõhk 47 mm Hg-ni. Art. Seetõttu hakkab sellel kõrgusel vesi ja interstitsiaalne vedelik inimkehas keema. Nendel kõrgustel väljaspool survestatud salongi saabub surm peaaegu kohe. Seega inimese füsioloogia seisukohalt algab "kosmos" juba 15-19 km kõrguselt.

Tihedad õhukihid – troposfäär ja stratosfäär – kaitsevad meid kiirguse kahjustava mõju eest. Õhu piisava vähenemise korral, kõrgemal kui 36 km, avaldab ioniseeriv kiirgus kehale intensiivset mõju - esmane kosmilised kiired; rohkem kui 40 km kõrgusel töötab päikesespektri ultraviolettkiirgus, mis on inimestele ohtlik.

Kui tõuseme Maa pinnast üha kõrgemale, nõrgeneme järk-järgult ja kaovad siis täielikult sellised meile tuttavad nähtused, mida on täheldatud atmosfääri madalamates kihtides, nagu heli levimine, aerodünaamilise tõste tekkimine. ja takistus, soojusülekanne konvektsiooni teel jne.

Haruldaste õhukihtide korral on heli levik võimatu. Kuni 60-90 km kõrguseni on endiselt võimalik kasutada õhutakistust ja tõstejõudu kontrollitud aerodünaamilise lennu jaoks. Kuid alates 100-130 km kõrgusest kaotavad igale piloodile tuttavad M-numbri ja helibarjääri mõisted oma tähenduse, sealt möödub tinglik Karmani joon, millest edasi algab puhtalt ballistilise lennu sfäär, mida saab ainult juhtida. reaktiivjõudude kasutamine.

Kõrgusel üle 100 km jääb atmosfäär ilma ka teisest tähelepanuväärsest omadusest – võimest neelata, juhtida ja üle kanda soojusenergiat konvektsiooni (st õhu segunemise) teel. See tähendab, et orbitaali erinevad elemendid, seadmed kosmosejaam ei saa väljas jahutada, nagu seda tavaliselt lennukis tehakse – abiga õhujoad ja õhujahutid. Sellisel kõrgusel, nagu kosmoses üldiselt, on ainus viis soojuse ülekandmiseks soojuskiirgus.

Atmosfääri koostis

Maa atmosfäär koosneb peamiselt gaasidest ja erinevatest lisanditest (tolm, veepiisad, jääkristallid, meresoolad, põlemisproduktid).

Atmosfääri moodustavate gaaside kontsentratsioon on peaaegu konstantne, välja arvatud vesi (H 2 O) ja süsinikdioksiid (CO 2).

Lisaks tabelis näidatud gaasidele sisaldab atmosfäär väikestes kogustes SO 2, NH 3, CO, osooni, süsivesinikke, HCl, aure, I 2, aga ka paljusid teisi gaase. Troposfääris on pidevalt suur hulk hõljuvaid tahkeid ja vedelaid osakesi (aerosool).

Atmosfääri kujunemise ajalugu

Levinuima teooria järgi on Maa atmosfäär olnud läbi aegade neljas erinevas koostises. Algselt koosnes see planeetidevahelisest ruumist püütud kergetest gaasidest (vesinik ja heelium). See nn esmane atmosfäär(umbes neli miljardit aastat tagasi). Järgmises etapis viis aktiivne vulkaaniline tegevus atmosfääri küllastumiseni muude gaasidega kui vesinik (süsinikdioksiid, ammoniaak, veeaur). Nii sekundaarne atmosfäär(umbes kolm miljardit aastat enne meie päevi). See õhkkond oli taastav. Lisaks määrasid atmosfääri moodustumise protsessi järgmised tegurid:

• kergete gaaside (vesinik ja heelium) lekkimine planeetidevahelisse ruumi;
• keemilised reaktsioonid, mis toimuvad atmosfääris ultraviolettkiirguse, äikeselahenduse ja mõnede muude tegurite mõjul.

Järk-järgult viisid need tegurid moodustumiseni tertsiaarne atmosfäär, mida iseloomustab palju väiksem vesiniku sisaldus ning palju suurem lämmastiku ja süsinikdioksiidi sisaldus (moodustub ammoniaagi ja süsivesinike keemiliste reaktsioonide tulemusena).

Lämmastik

Haridus suur hulk N 2 on tingitud ammoniaagi-vesiniku atmosfääri oksüdeerumisest molekulaarse O 2 toimel, mis hakkas planeedi pinnalt tulema fotosünteesi tulemusena, alates 3 miljardit aastat tagasi. N 2 satub atmosfääri ka nitraatide ja teiste lämmastikku sisaldavate ühendite denitrifikatsiooni tulemusena. Lämmastik oksüdeeritakse osooni toimel NO-ks ülemised kihidõhkkond.

Lämmastik N 2 osaleb reaktsioonides ainult teatud tingimustes (näiteks äikeselahenduse ajal). Molekulaarse lämmastiku oksüdeerimist osooniga elektrilahenduste ajal kasutatakse tööstuslikus tootmises lämmastikväetised. Seda suudavad vähese energiakuluga oksüdeerida ja bioloogiliselt aktiivseks vormiks muuta tsüanobakterid (sinivetikad) ja mügarbakterid, mis moodustavad liblikõielistega risobiaalset sümbioosi, nn. haljasväetis.

Hapnik

Atmosfääri koostis hakkas radikaalselt muutuma koos elusorganismide tulekuga Maale fotosünteesi tulemusena, millega kaasnes hapniku vabanemine ja süsihappegaasi neeldumine. Algselt kulutati hapnikku redutseeritud ühendite – ammoniaagi, süsivesinike, ookeanides sisalduva raua raudvormi jne – oksüdeerimiseks. Selle etapi lõpus hakkas hapnikusisaldus atmosfääris kasvama. Järk-järgult tekkis moodne oksüdeerivate omadustega atmosfäär. Kuna see põhjustas tõsiseid ja järske muutusi paljudes atmosfääris, litosfääris ja biosfääris toimuvates protsessides, nimetati seda sündmust hapnikukatastroofiks.

Süsinikdioksiid

CO 2 sisaldus atmosfääris sõltub vulkaanilisest aktiivsusest ja keemilistest protsessidest maakera kestades, kuid kõige enam - biosünteesi ja orgaanilise aine lagunemise intensiivsusest Maa biosfääris. Peaaegu kogu planeedi praegune biomass (umbes 2,4 × 10 12 tonni) moodustub atmosfääriõhus sisalduva süsihappegaasi, lämmastiku ja veeauru toimel. Ookeani, soodesse ja metsadesse mattunud orgaaniline aine muutub kivisöeks, naftaks ja maagaasiks. (vt Geokeemiline süsinikuring)

väärisgaasid

Õhusaaste

AT viimastel aegadel inimene hakkas mõjutama atmosfääri arengut. Tema tegevuse tulemuseks oli atmosfääri süsihappegaasi sisalduse pidev märkimisväärne suurenemine eelmistel geoloogilistel ajastutel kogunenud süsivesinikkütuste põlemise tõttu. Fotosünteesi käigus kulub tohutul hulgal CO 2 , mis neeldub maailma ookeanidesse. See gaas satub atmosfääri karbonaatkivimite lagunemise ja orgaaniline aine taimset ja loomset päritolu, samuti vulkanismi ja inimtootmistegevuse tõttu. Viimase 100 aasta jooksul on CO 2 sisaldus atmosfääris kasvanud 10%, kusjuures põhiosa (360 miljardit tonni) tuleneb kütuse põletamisest. Kui kütuse põlemise kasvutempo jätkub, siis järgmise 50–60 aasta jooksul CO 2 hulk atmosfääris kahekordistub ja võib kaasa tuua globaalse kliimamuutuse.

Kütuse põletamine on peamine saastavate gaaside (СО,, SO 2) allikas. Vääveldioksiid oksüdeeritakse õhuhapniku toimel atmosfääri ülakihtides SO 3-ks, mis omakorda interakteerub veeauru ja ammoniaagiga ning tekkiv väävelhape (H 2 SO 4) ja ammooniumsulfaat ((NH 4) 2 SO 4) naasevad Maa pind nn. happevihm. Sisepõlemismootorite kasutamine põhjustab märkimisväärset õhusaastet lämmastikoksiidide, süsivesinike ja pliiühenditega (tetraetüülplii Pb (CH 3 CH 2) 4)).

Atmosfääri aerosoolsaaste on tingitud mõlemast looduslikust põhjusest (vulkaanipursked, tolmutormid, merevesi ja taimede õietolm jne), ja majanduslik tegevus inimene (maakide kaevandamine ja ehitusmaterjalid, kütuse põletamine, tsemendi tootmine jne). Tahkete osakeste intensiivne suuremahuline eemaldamine atmosfääri on üks võimalikud põhjused planetaarne kliimamuutus.

Kirjandus

1. V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Duškov "Kosmosebioloogia ja meditsiin" (2. trükk, parandatud ja suurendatud), M.: "Prosveštšenie", 1975, 223 lk.
2. N. V. Gusakova "Keemia keskkond", Rostov Doni ääres: Phoenix, 2004, 192, ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V. A. Maagaaside geokeemia, M., 1971;
4. McEwen M., Phillips L.. Atmospheric Chemistry, M., 1978;
5. Wark K., Warner S., Õhusaaste. Allikad ja kontroll, tlk. inglise keelest, M.. 1980;
6. Taustareostuse seire looduslikud keskkonnad. sisse. 1, L., 1982.

Vaata ka

Lingid