Atmosfera. žemės oro apvalkalas

Man labai patinka oras kalnuose. Aš, žinoma, ne alpinistas, mano didžiausias aukštis buvo 2300 m. Bet jei pakilsite 5 km virš jūros lygio, jūsų sveikata gali smarkiai pablogėti, nes bus mažiau deguonies. Dabar papasakosiu apie šias ir kitas oro apvalkalo savybes.

Žemės oro apvalkalas ir jo sudėtis

Mūsų planetą supantis apvalkalas, sudarytas iš dujų, vadinamas atmosfera. Jos dėka tu ir aš galime kvėpuoti. Jame yra:

• azotas;
• deguonies;
• inertinės dujos;
• anglies dioksidas.

78% oro sudaro azotas, bet deguonis, be kurio negalėtume egzistuoti, yra 21%. Anglies dioksido kiekis atmosferoje nuolat didėja. To priežastis – žmogaus veikla. Pramonės įmonės ir automobiliai į atmosferą išmeta didžiulius degimo produktų kiekius, o miškų plotai, galintys ištaisyti situaciją, sparčiai mažėja.

Atmosferoje yra ir ozono, nuo kurio aplink planetą susiformavo apsauginis sluoksnis. Jis yra maždaug 30 km aukštyje ir saugo mūsų planetą nuo pavojingo Saulės poveikio.

Skirtinguose aukščiuose oro apvalkalas turi savo ypatybes. Iš viso atmosferoje yra 5 sluoksniai: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera ir egzosfera. Troposfera yra arčiausiai žemės paviršiaus. Šiame sluoksnyje susidaro lietus, sniegas, rūkas.

Kokias funkcijas atlieka atmosfera?

Jei Žemė neturėtų apvalkalo, mažai tikėtina, kad jos teritorijoje galėtų būti gyvų būtybių. Pirma, jis apsaugo visą planetos gyvybę nuo saulės spindulių. Be to, atmosfera leidžia išlaikyti patogią gyvenimo temperatūrą. Esame įpratę virš galvų matyti mėlyną dangų, galbūt taip yra dėl įvairių ore esančių dalelių.

Oro apvalkalas paskirsto saulės šviesą ir taip pat leidžia garsui sklisti. Būtent oro dėka girdime vieni kitus, paukščių čiulbėjimą, krintančius lietaus lašus ir vėją. Žinoma, be atmosferos drėgmės nepavyktų perskirstyti. Oras sukuria palankią buveinę žmonėms, gyvūnams ir augalams.

Ne paslaptis, kad oras yra nepaprastai svarbi biosferos dalis. Juk būtent jo unikali sudėtis užtikrina gyvybės galimybę planetoje. Bet kaip vadinasi orlaivis, kas tai yra ir kuo jis unikalus? Kokia jo cheminė sudėtis ir fizinės savybės? Šie klausimai domina daugelį.

Kaip vadinasi Žemės oro apvalkalas?

Yra žinoma, kad gyvybė Žemėje įmanoma daugiausia dėl unikalios oro sudėties. O dujų apvalkalas vadinamas atmosfera. Ši biosferos dalis visiškai supa planetą ir yra laikoma aplink dangaus kūną gravitacijos.

Natūralu, kad šis apvalkalas turi tam tikrų cheminių ir fizinių savybių. Kalbant apie ribas, jų aiškiai nubrėžti neįmanoma. Arčiau žemės paviršiaus atmosfera liečiasi su litosfera ir hidrosfera. Tačiau labai sunku nustatyti, kur baigiasi dujų korpusas ir prasideda atvira erdvė. Šiandien siena dažniausiai brėžiama 100 km aukštyje, kur yra vadinamoji Karmano linija – aeronautika šioje srityje nebegalima.

Atmosfera yra Žemės oro apvalkalas, kurio svarbą sunku pervertinti. Juk nereikėtų pamiršti, kad beveik visi dangaus kūnai yra veikiami jonizuojančiosios ir ultravioletinės spinduliuotės, pražūtingos gyviems organizmams. Būtent dujų apvalkale šie spinduliai yra neutralizuojami.

Atmosferos susidarymo teorija

Tiesą sakant, daugelis žmonių stebisi, kaip susidarė Žemės oro apvalkalas. Atsakymas į šį klausimą vargu ar bus tikslus, nes šiandien yra keletas skirtingų teorijų apie atmosferos kilmę.

Remiantis labiausiai paplitusia hipoteze, pirminė atmosfera susidarė prieš keturis milijardus metų iš lengvųjų dujų, ty helio ir vandenilio, kurie buvo užfiksuoti iš tarpplanetinės erdvės. Dėl didelio vulkaninio aktyvumo vėliau buvo sukurtas antrinis dujų apvalkalas, kuris buvo prisotintas anglies dioksido, vandens garų ir amoniako.

Tretinė atmosfera susidarė dėl daugelio procesų – cheminių reakcijų (pvz., žaibo), ultravioletinių spindulių poveikio ir helio bei vandenilio nutekėjimo atgal į tarpplanetinę erdvę.

Cheminė atmosferos sudėtis

Dabar, kai paaiškėjo, kaip vadinamas Žemės oro apvalkalas, verta apsvarstyti jo cheminę sudėtį, kuri laikoma unikalia. Iš karto reikia pažymėti, kad tik apatiniai atmosferos sluoksniai yra prisotinti įvairių dujų. Visų pirma ore, kuriuo kvėpuojame, vyrauja azotas (78,08%). Deguonies lygis yra 20,95%. Tai yra dvi pagrindinės dujos.

Be to, Žemės oro gaubtą sudaro ir kiti komponentai – vandenilis, argonas, helis, ksenonas, metanas, sieros ir azoto oksidai, ozonas, amoniakas.

Žemės oro apvalkalo sandara

Atmosfera paprastai skirstoma į kelis pagrindinius sluoksnius, kurių kiekvienas turi skirtingas fizines ir chemines savybes.

• Troposfera yra arčiausiai žemės paviršiaus esantis sluoksnis. Čia koncentruojasi 80% viso oro. Ir čia įmanoma žmogaus gyvybė. Beje, šiame sluoksnyje susikaupęs beveik visas atmosferos vanduo (90%). Čia susidaro debesys ir krituliai. Troposfera tęsiasi 18 km nuo žemės paviršiaus. Kylant aukštyn temperatūra čia mažėja.
• Stratosfera (12-50 km) yra sluoksnis, kuris laikomas ramiausia atmosferos dalimi. Čia yra apsauginis ozono sluoksnis.
• Termosfera yra atmosferos dalis, kurios viršutinė riba yra maždaug 700–800 km. Čia temperatūra kylant pradeda smarkiai kilti, o kai kur siekia apie 1200 laipsnių šilumos. Šio sluoksnio ribose yra vadinamoji jonosfera, kurioje saulės spinduliuotės įtakoje oras yra labai jonizuotas.
• Egzosfera yra dispersinė zona, kuri 3000 km aukštyje patenka į kosmosą. Čia esantis oras yra prisotintas lengvųjų dujų, ypač vandenilio ir helio.

Pagrindinės fizinės atmosferos savybės

Žinoma, fizinės oro savybės yra nepaprastai svarbios. Pavyzdžiui, žinodami juos, galite nustatyti, kaip atmosfera veikia žmogų ar bet kurį kitą gyvą organizmą. Be to, fizinių parametrų matavimas yra tiesiog būtinas norint nustatyti optimalias orlaivių, orlaivių ir tt charakteristikas. Visų pirma atsižvelgiama į šiuos fizinius rodiklius:

• Oro temperatūra matuojama pagal formulę: t1 = t - 6,5H (čia t yra oro temperatūra žemės paviršiuje, o H yra aukštis).
• Oro tankis yra oro masė viename kubiniame metre.
• Slėgis, kurį galima matuoti tiek paskaliais, tiek atmosferomis.
• Oro drėgnumas parodo vandens kiekį oro vienete. Reikia pažymėti, kad nulinė drėgmė įmanoma tik laboratorinėmis sąlygomis. Kuo didesnis šis indikatorius, tuo mažesnis oro tankis ir atvirkščiai.

Beje, mokslas, atsakantis į klausimus, kaip vadinamas Žemės oro gaubtas ir kokios jo savybės bei charakteristikos, yra meteorologija. Mokslininkai ne tik tiria atmosferą, bet ir stebi nuolatinius jos pokyčius, kurie turi įtakos orams ir klimatui.

Atmosfera ir jos reikšmė

Dujinio Žemės apvalkalo svarbą labai sunku pervertinti. Juk vos kelios minutės be oro sukelia sąmonės netekimą, hipoksiją ir negrįžtamus smegenų pažeidimus. Tik dėl nuostabios atmosferos sudėties gyvi organizmai gali gauti jiems reikalingą deguonį.

Be to, oro apvalkalas apsaugo planetos paviršių nuo kenksmingos kosminės spinduliuotės. Tuo pačiu metu per atmosferą praeina pakankamai ultravioletinių spindulių, kurie sušildo Žemę. Mokslininkai teigia, kad sumažinus ultravioletinę spinduliuotę sumažės bendra temperatūra ir sušals. Be to, veikiant saulės spinduliams (pagrįstu kiekiu), vitaminas D susidaro žmogaus odos audiniuose.

Ozono sluoksnis ir jo svarba

Ozono sluoksnis yra stratosferoje, 12-50 km aukštyje nuo žemės paviršiaus. Šią atmosferos dalį 1912 metais atrado prancūzų mokslininkai C. Fabry ir A. Buisson.

Ozonas yra bespalvės dujos, turinčios aštrų, būdingą kvapą. Jį sudaro trys deguonies atomai. Būtent ši dujų apvalkalo dalis saugo žemės paviršių nuo pavojingos kosminės spinduliuotės.

Deja, dėl technikos ir pramonės pažangos Žemės oro apvalkale padaugėjo kenksmingų medžiagų, kurios palaipsniui ardo ozono sluoksnį. Vadinamosios ozono skylės yra itin pavojinga problema.

šiltnamio efektas ir rūgštus lietus

Deja, konstanta, kuri daugiausia siejama su išsivysčiusia pramone, labai pablogina. Tokie pavojingi pokyčiai apima vadinamąjį šiltnamio efektą. Faktas yra tas, kad antžeminiai kūnai skleidžia bangas daugiausia infraraudonųjų spindulių spektre - jie ne visada gali prasiskverbti į atmosferą. Padidėjus anglies dioksido, sugeriančio infraraudonąją spinduliuotę, koncentracijai, apatiniuose atmosferos sluoksniuose padidėja bendra temperatūra, o tai atitinkamai veikia klimatą.

Rūgštus lietus yra dar vienas pramoninės Žemės oro taršos rezultatas. Sieros ir azoto oksidai, kuriuos į orą išmeta šiluminės elektrinės, automobiliai, metalurgijos gamyklos ir kai kurios kitos įmonės, gali reaguoti su atmosferos vandens garais – veikiant saulės spinduliuotei čia susidaro rūgštys, kurios iškrenta kartu su kitais krituliais. .

Atmosfera yra dujinis mūsų planetos apvalkalas, kuris sukasi kartu su Žeme. Atmosferoje esančios dujos vadinamos oru. Atmosfera liečiasi su hidrosfera ir iš dalies dengia litosferą. Tačiau viršutines ribas sunku nustatyti. Paprastai pripažįstama, kad atmosfera tęsiasi aukštyn maždaug tris tūkstančius kilometrų. Ten jis sklandžiai patenka į beorę erdvę.

Žemės atmosferos cheminė sudėtis

Atmosferos cheminės sudėties formavimasis prasidėjo maždaug prieš keturis milijardus metų. Iš pradžių atmosferą sudarė tik lengvosios dujos – helis ir vandenilis. Mokslininkų teigimu, pradinės prielaidos aplink Žemę sukurti dujų apvalkalą buvo ugnikalnių išsiveržimai, kurie kartu su lava išmetė didžiulius kiekius dujų. Vėliau dujų mainai prasidėjo vandens erdvėse, gyvais organizmais ir jų veiklos produktais. Oro sudėtis palaipsniui keitėsi ir prieš kelis milijonus metų buvo fiksuota šiuolaikine forma.

Pagrindiniai atmosferos komponentai yra azotas (apie 79%) ir deguonis (20%). Likusią procentinę dalį (1%) sudaro šios dujos: argonas, neonas, helis, metanas, anglies dioksidas, vandenilis, kriptonas, ksenonas, ozonas, amoniakas, siera ir azoto dioksidai, azoto oksidas ir anglies monoksidas. šiame viename procente.

Be to, ore yra vandens garų ir kietųjų dalelių (žiedadulkių, dulkių, druskos kristalų, aerozolių priemaišų).

Neseniai mokslininkai pastebėjo ne kokybinį, o kiekybinį kai kurių oro sudedamųjų dalių pokytį. O to priežastis – žmogus ir jo veikla. Vien per pastaruosius 100 metų anglies dvideginio kiekis labai išaugo! Tai kupina daug problemų, iš kurių globaliausia yra klimato kaita.

Oro ir klimato formavimasis

Atmosfera vaidina lemiamą vaidmenį formuojant klimatą ir orą Žemėje. Daug kas priklauso nuo saulės šviesos kiekio, požeminio paviršiaus pobūdžio ir atmosferos cirkuliacijos.

Pažvelkime į veiksnius eilės tvarka.

1. Atmosfera perduoda saulės spindulių šilumą ir sugeria kenksmingą spinduliuotę. Senovės graikai žinojo, kad Saulės spinduliai krenta į skirtingas Žemės vietas skirtingais kampais. Pats žodis „klimatas“ išvertus iš senovės graikų kalbos reiškia „šlaitas“. Taigi ties pusiauju saulės spinduliai krenta beveik vertikaliai, todėl čia labai karšta. Kuo arčiau polių, tuo didesnis pasvirimo kampas. Ir temperatūra nukrenta.

2. Dėl netolygaus Žemės įkaitimo atmosferoje susidaro oro srovės. Jie skirstomi pagal dydį. Mažiausi (dešimtys ir šimtai metrų) yra vietiniai vėjai. Po to seka musonai ir pasatai, ciklonai ir anticiklonai bei planetų frontalinės zonos.

Visos šios oro masės nuolat juda. Kai kurie iš jų yra gana statiški. Pavyzdžiui, pasatai, pučiantys iš subtropikų pusiaujo link. Kitų judėjimas labai priklauso nuo atmosferos slėgio.

3. Atmosferos slėgis yra dar vienas veiksnys, turintis įtakos klimato formavimuisi. Tai oro slėgis žemės paviršiuje. Kaip žinoma, oro masės juda iš aukšto atmosferos slėgio zonos link vietos, kur šis slėgis yra mažesnis.

Iš viso skiriamos 7 zonos. Pusiaujas yra žemo slėgio zona. Be to, abiejose pusiaujo pusėse iki trisdešimties platumų yra aukšto slėgio sritis. Nuo 30° iki 60° – vėl žemas slėgis. O nuo 60° iki polių yra aukšto slėgio zona. Tarp šių zonų cirkuliuoja oro masės. Tie, kurie ateina iš jūros į sausumą, atneša lietų ir blogą orą, o tie, kurie pučia iš žemynų – giedrą ir sausą. Oro srovių susidūrimo vietose susidaro atmosferos fronto zonos, kurioms būdingi krituliai ir žvarbus, vėjuotas oras.

Mokslininkai įrodė, kad net žmogaus savijauta priklauso nuo atmosferos slėgio. Pagal tarptautinius standartus normalus atmosferos slėgis yra 760 mm Hg. kolonėlėje 0°C temperatūroje. Šis rodiklis skaičiuojamas tiems žemės plotams, kurie yra beveik jūros lygio lygyje. Didėjant aukščiui slėgis mažėja. Todėl, pavyzdžiui, Sankt Peterburgui 760 mm Hg. - tai yra norma. Tačiau Maskvai, kuri yra aukščiau, normalus slėgis yra 748 mm Hg.

Slėgis keičiasi ne tik vertikaliai, bet ir horizontaliai. Tai ypač jaučiama slenkant ciklonams.

Atmosferos struktūra

Atmosfera primena sluoksniuotą pyragą. Ir kiekvienas sluoksnis turi savo ypatybes.

. Troposfera- arčiausiai Žemės esantis sluoksnis. Šio sluoksnio „storis“ kinta priklausomai nuo atstumo nuo pusiaujo. Virš pusiaujo sluoksnis į viršų tęsiasi 16-18 km, vidutinio klimato juostose 10-12 km, ašigaliais 8-10 km.

Čia yra 80% visos oro masės ir 90% vandens garų. Čia susidaro debesys, kyla ciklonai ir anticiklonai. Oro temperatūra priklauso nuo vietovės aukščio. Kas 100 metrų vidutiniškai sumažėja 0,65° C.

. Tropopauzė- pereinamasis atmosferos sluoksnis. Jo aukštis svyruoja nuo kelių šimtų metrų iki 1-2 km. Oro temperatūra vasarą aukštesnė nei žiemą. Pavyzdžiui, virš ašigalių žiemą –65° C. O virš pusiaujo –70° C bet kuriuo metų laiku.

. Stratosfera- tai sluoksnis, kurio viršutinė riba yra 50-55 kilometrų aukštyje. Turbulencija čia maža, vandens garų kiekis ore yra nereikšmingas. Tačiau ozono yra daug. Didžiausia jo koncentracija yra 20-25 km aukštyje. Stratosferoje oro temperatūra pradeda kilti ir siekia +0,8° C. Taip yra dėl to, kad ozono sluoksnis sąveikauja su ultravioletine spinduliuote.

. Stratopauzė- žemas tarpinis sluoksnis tarp stratosferos ir ją einančios mezosferos.

. Mezosfera- viršutinė šio sluoksnio riba yra 80-85 kilometrai. Čia vyksta sudėtingi fotocheminiai procesai, kuriuose dalyvauja laisvieji radikalai. Būtent jie suteikia mūsų planetai švelnų mėlyną švytėjimą, matomą iš kosmoso.

Dauguma kometų ir meteoritų sudega mezosferoje.

. Mezopauzė- kitas tarpinis sluoksnis, kurio oro temperatūra ne žemesnė kaip -90°.

. Termosfera- apatinė riba prasideda 80 - 90 km aukštyje, o viršutinė sluoksnio riba eina maždaug 800 km aukštyje. Oro temperatūra kyla. Jis gali svyruoti nuo +500° C iki +1000° C. Dienos metu temperatūros svyravimai siekia šimtus laipsnių! Tačiau oras čia toks retas, kad suprasti terminą „temperatūra“, kaip mes įsivaizduojame, čia netinka.

. Jonosfera- sujungia mezosferą, mezopauzę ir termosferą. Čia esantis oras daugiausia susideda iš deguonies ir azoto molekulių, taip pat iš beveik neutralios plazmos. Į jonosferą patekę saulės spinduliai stipriai jonizuoja oro molekules. Apatiniame sluoksnyje (iki 90 km) jonizacijos laipsnis mažas. Kuo aukštesnė, tuo didesnė jonizacija. Taigi 100–110 km aukštyje elektronai koncentruojasi. Tai padeda atspindėti trumpas ir vidutines radijo bangas.

Svarbiausias jonosferos sluoksnis yra viršutinis, esantis 150-400 km aukštyje. Jo ypatumas yra tas, kad jis atspindi radijo bangas, o tai palengvina radijo signalų perdavimą dideliais atstumais.

Būtent jonosferoje atsiranda toks reiškinys kaip aurora.

. Egzosfera- susideda iš deguonies, helio ir vandenilio atomų. Dujos šiame sluoksnyje yra labai retos ir vandenilio atomai dažnai patenka į kosmosą. Todėl šis sluoksnis vadinamas „dispersijos zona“.

Pirmasis mokslininkas, pasiūlęs, kad mūsų atmosfera turi svorį, buvo italas E. Torricelli. Pavyzdžiui, Ostapas Benderis savo romane „Auksinis veršis“ apgailestavo, kad kiekvieną žmogų slegia 14 kg sverianti oro stulpelis! Tačiau didysis planuotojas šiek tiek suklydo. Suaugęs žmogus patiria 13-15 tonų spaudimą! Bet šio sunkumo nejaučiame, nes atmosferos slėgį atsveria vidinis žmogaus slėgis. Mūsų atmosferos svoris yra 5 300 000 000 000 000 tonų. Skaičius kolosalus, nors ir sudaro tik milijoninę mūsų planetos svorio.

Atmosferos orą sudaro azotas (77,99%), deguonis (21%), inertinės dujos (1%) ir anglies dioksidas (0,01%). Anglies dioksido dalis ilgainiui didėja dėl to, kad į atmosferą patenka kuro degimo produktai, be to, mažėja anglies dvideginį sugeriančių ir deguonį išskiriančių miškų plotai.

Atmosferoje taip pat yra nedidelis kiekis ozono, kuris susitelkęs apie 25-30 km aukštyje ir sudaro vadinamąjį ozono sluoksnį. Šis sluoksnis sukuria barjerą saulės ultravioletinei spinduliuotei, kuri yra pavojinga gyviems organizmams Žemėje.

Be to, atmosferoje yra vandens garų ir įvairių priemaišų – dulkių dalelių, vulkaninių pelenų, suodžių ir kt. Priemaišų koncentracija didesnė šalia žemės paviršiaus ir tam tikrose vietovėse: virš didžiųjų miestų, dykumų.

Troposfera- žemesnė, jame yra daugiausia oro ir. Šio sluoksnio aukštis įvairus: nuo 8-10 km prie tropikų iki 16-18 prie pusiaujo. troposferoje jis mažėja kylant: 6°C kiekvienam kilometrui. Oras formuojasi troposferoje, vėjai, krituliai, debesys, ciklonai ir anticiklonai.

Kitas atmosferos sluoksnis yra stratosfera. Oras jame yra daug retesnis, o vandens garų jame daug mažiau. Temperatūra žemutinėje stratosferos dalyje yra -60 - -80°C ir krenta didėjant aukščiui. Būtent stratosferoje yra ozono sluoksnis. Stratosfera pasižymi dideliu vėjo greičiu (iki 80-100 m/sek).

Mezosfera- vidurinis atmosferos sluoksnis, esantis virš stratosferos aukštyje nuo 50 iki S0-S5 km. Mezosferai būdingas vidutinės temperatūros sumažėjimas, kai aukštis nuo 0 ° C prie apatinės ribos iki -90 ° C prie viršutinės ribos. Netoli viršutinės mezosferos ribos stebimi neryškūs debesys, kuriuos naktį apšviečia saulė. Oro slėgis ties viršutine mezosferos riba yra 200 kartų mažesnis nei žemės paviršiuje.

Termosfera- esantis virš mezosferos, aukštyje nuo SO iki 400-500 km, joje temperatūra iš pradžių lėtai, o paskui vėl greitai pradeda kilti. Priežastis – ultravioletinės spinduliuotės sugertis iš Saulės 150-300 km aukštyje. Termosferoje temperatūra nuolat kyla iki maždaug 400 km aukščio, kur pasiekia 700 – 1500 °C (priklausomai nuo saulės aktyvumo). Veikiant ultravioletinei, rentgeno ir kosminei spinduliuotei, taip pat vyksta oro jonizacija („auroros“). Pagrindinės jonosferos sritys yra termosferoje.

Egzosfera- išorinis, labiausiai retas atmosferos sluoksnis, prasideda 450-000 km aukštyje, o jo viršutinė riba yra kelių tūkstančių km atstumu nuo žemės paviršiaus, kur dalelių koncentracija tampa tokia pati kaip tarpplanetiniame. erdvė. Egzosfera susideda iš jonizuotų dujų (plazmos); apatinę ir vidurinę egzosferos dalis daugiausia sudaro deguonis ir azotas; Didėjant aukščiui, santykinė lengvųjų dujų, ypač jonizuoto vandenilio, koncentracija sparčiai didėja. Temperatūra egzosferoje 1300-3000° C; jis silpnai auga su aukščiu. Žemės radiacijos juostos daugiausia yra egzosferoje.