Atmosféra. vzdušný obal zeme

Naozaj milujem vzduch v horách. Samozrejme, nie som horolezec, moja maximálna nadmorská výška bola 2300 m. Ale ak vystúpite 5 km nad morom, váš zdravotný stav sa môže prudko zhoršiť, pretože bude menej kyslíka. Teraz vám poviem o týchto a ďalších vlastnostiach vzduchového plášťa.

Vzdušný obal Zeme a jeho zloženie

Škrupina okolo našej planéty pozostávajúca z plynov sa nazýva atmosféra. Je to vďaka nej, že ty a ja môžeme dýchať. Obsahuje:

• dusík;
• kyslík;
• inertné plyny;
• oxid uhličitý.

78% vzduchu je dusík, ale kyslík, bez ktorého by sme nemohli existovať, je 21%. Množstvo oxidu uhličitého v atmosfére sa pravidelne zvyšuje. Dôvodom je ľudská činnosť. Priemyselné podniky a autá vypúšťajú do ovzdušia obrovské množstvá produktov spaľovania a plocha lesov, ktoré by mohli situáciu napraviť, sa rýchlo zmenšuje.

V atmosfére sa nachádza aj ozón, z ktorého sa okolo planéty vytvorila ochranná vrstva. Nachádza sa v nadmorskej výške asi 30 km a chráni našu planétu pred nebezpečnými účinkami Slnka.

V rôznych výškach má vzduchový plášť svoje vlastné charakteristiky. Celkovo je v atmosfére 5 vrstiev: troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra a exosféra. Troposféra je najbližšie k zemskému povrchu. V tejto vrstve sa tvorí dážď, sneh, hmla.

Aké funkcie plní atmosféra?

Ak by Zem nemala škrupinu, potom je nepravdepodobné, že by na jej území mohli byť živé bytosti. Po prvé, chráni všetok život na planéte pred slnečným žiarením. Okrem toho vám atmosféra umožňuje udržiavať príjemnú teplotu pre bývanie. Sme zvyknutí vidieť modrú oblohu nad našimi hlavami, možno je to spôsobené rôznymi časticami vo vzduchu.

Vzduchová obálka rozvádza slnečné svetlo a umožňuje aj šírenie zvuku. Je to vďaka vzduchu, že sa navzájom počujeme, spev vtákov, padajúce kvapky dažďa a vietor. Samozrejme, bez atmosféry by sa vlhkosť nedala prerozdeľovať. Vzduch vytvára priaznivé prostredie pre ľudí, zvieratá a rastliny.

Nie je žiadnym tajomstvom, že vzduch je mimoriadne dôležitou súčasťou biosféry. Koniec koncov, je to jeho jedinečné zloženie, ktoré zabezpečuje možnosť života na planéte. Ako sa však volá ten vzdušný, čo to je a prečo je jedinečný? Aké je jeho chemické zloženie a fyzikálne vlastnosti? Tieto otázky zaujímajú mnohých.

Ako sa volá vzduchová škrupina Zeme?

Je známe, že život na Zemi je možný najmä vďaka jedinečnému zloženiu vzduchu. A plynový obal sa nazýva atmosféra. Táto časť biosféry úplne obklopuje planétu a je držaná okolo nebeského telesa gravitáciou.

Prirodzene, táto škrupina má určité chemické a fyzikálne vlastnosti. Pokiaľ ide o hranice, nie je možné ich jasne nakresliť. Bližšie k zemskému povrchu je atmosféra v kontakte s litosférou a hydrosférou. Je však mimoriadne ťažké určiť, kde končí plynový plášť a začína otvorený priestor. Hranica sa dnes bežne rysuje v nadmorskej výške 100 km, kde sa nachádza takzvaná Karmanova línia - v tejto oblasti už nie je možná aeronautika.

Atmosféra je vzdušný obal Zeme, ktorého význam je ťažké preceňovať. Koniec koncov, nemali by sme zabúdať, že takmer všetky nebeské telesá sú pod vplyvom ionizujúceho a ultrafialového žiarenia, ktoré sú pre živé organizmy deštruktívne. Práve v plynovom obale sú tieto lúče neutralizované.

Teória vzniku atmosféry

V skutočnosti sa veľa ľudí čuduje, ako vznikol vzduchový obal Zeme. Odpoveď na túto otázku pravdepodobne nebude presná, pretože dnes existuje niekoľko rôznych teórií o pôvode atmosféry.

Podľa najbežnejšej hypotézy primárna atmosféra vznikla pred štyrmi miliardami rokov z ľahkých plynov, konkrétne hélia a vodíka, ktoré boli zachytené z medziplanetárneho priestoru. V dôsledku vysokej sopečnej aktivity sa následne vytvoril sekundárny plynový obal, ktorý bol nasýtený oxidom uhličitým, vodnou parou a amoniakom.

Terciárna atmosféra sa vytvorila mnohými procesmi – chemickými reakciami (napríklad bleskom), vystavením ultrafialovému žiareniu a únikom hélia a vodíka späť do medziplanetárneho priestoru.

Chemické zloženie atmosféry

Teraz, keď je jasné, ako sa nazýva vzduchový obal Zeme, stojí za zváženie jeho chemické zloženie, ktoré sa považuje za jedinečné. Okamžite treba poznamenať, že iba spodné vrstvy atmosféry sú nasýtené rôznymi plynmi. Vo vzduchu, ktorý dýchame, prevláda najmä dusík (78,08 %). Hladina kyslíka je 20,95%. Toto sú dva hlavné plyny.

Okrem toho vzduchový obal Zeme obsahuje ďalšie zložky – vodík, argón, hélium, xenón, metán, oxidy síry a dusíka, ozón, amoniak.

Štruktúra vzduchového obalu Zeme

Atmosféra je zvyčajne rozdelená do niekoľkých hlavných vrstiev, z ktorých každá má iné fyzikálne a chemické vlastnosti.

• Troposféra je vrstva najbližšie k zemskému povrchu. Tu je sústredených 80 % všetkého vzduchu. A práve tu je možný ľudský život. Mimochodom, v tejto vrstve je sústredená takmer všetka atmosférická voda (90 %). Tvorí sa tu oblačnosť a zrážky. Troposféra siaha 18 km od zemského povrchu. Ako stúpate, teplota tu klesá.
• Stratosféra (12-50 km) je vrstva, ktorá sa považuje za najpokojnejšiu časť atmosféry. Tu sa nachádza ozónová ochranná vrstva.
• Termosféra je súčasťou atmosféry, ktorej horná hranica je približne 700-800 km. Tu teplota začína pri stúpaní prudko stúpať a v niektorých oblastiach dosahuje okolo 1200 stupňov Celzia. V hraniciach tejto vrstvy sa nachádza takzvaná ionosféra, kde je vzduch pod vplyvom slnečného žiarenia vysoko ionizovaný.
• Exosféra je disperzná zóna, ktorá vo výške 3000 km prechádza do vesmíru. Vzduch je tu nasýtený ľahkými plynmi, najmä vodíkom a héliom.

Základné fyzikálne vlastnosti atmosféry

Samozrejme, fyzikálne vlastnosti vzduchu sú mimoriadne dôležité. Napríklad, keď ich poznáte, môžete určiť, ako atmosféra ovplyvňuje človeka alebo akýkoľvek iný živý organizmus. Okrem toho je meranie fyzikálnych parametrov jednoducho potrebné na určenie optimálnych charakteristík lietadla, lietadla atď. Do úvahy sa berú najmä tieto fyzikálne ukazovatele:

• Teplota vzduchu sa meria pomocou nasledujúceho vzorca: t1 = t - 6,5H (tu t je teplota vzduchu na zemskom povrchu a H je výška).
• Hustota vzduchu je hmotnosť vzduchu na meter kubický.
• Tlak, ktorý možno merať v pascaloch aj v atmosfére.
• Vlhkosť vzduchu ukazuje množstvo vody v jednotke vzduchu. Treba si uvedomiť, že nulová vlhkosť je možná len v laboratórnych podmienkach. Čím vyšší je tento indikátor, tým nižšia je hustota vzduchu a naopak.

Mimochodom, veda, ktorá odpovedá na otázky o tom, ako sa nazýva vzduchový obal Zeme a aké sú jeho vlastnosti a charakteristiky, je meteorológia. Vedci nielen skúmajú atmosféru, ale sledujú aj jej neustále zmeny, ktoré ovplyvňujú počasie a klímu.

Atmosféra a jej význam

Význam plynného obalu Zeme je veľmi ťažké preceňovať. Veď len pár minút bez vzduchu vedie k strate vedomia, hypoxii a nezvratnému poškodeniu mozgu. Len vďaka úžasnému zloženiu atmosféry môžu živé organizmy prijímať kyslík, ktorý potrebujú.

Vzduchový plášť navyše chráni povrch planéty pred škodlivým kozmickým žiarením. Atmosférou zároveň prechádza dostatočné množstvo ultrafialových lúčov, ktoré ohrievajú Zem. Vedci tvrdia, že zníženie ultrafialového žiarenia povedie k zníženiu celkovej teploty a zamrznutiu. Okrem toho sa vplyvom slnečného žiarenia (v primeranom množstve) tvorí vitamín D v tkanivách ľudskej pokožky.

Ozónová vrstva a jej význam

Ozónová vrstva sa nachádza v stratosfére, vo výške 12-50 km od zemského povrchu. Túto časť atmosféry objavili v roku 1912 francúzski vedci C. Fabry a A. Buisson.

Ozón je bezfarebný plyn s ostrým, charakteristickým zápachom. Skladá sa z troch atómov kyslíka. Práve táto časť plynového obalu chráni zemský povrch pred nebezpečným kozmickým žiarením.

Žiaľ, v dôsledku technického a priemyselného pokroku sa vo vzdušnom obale Zeme zvýšilo množstvo škodlivých látok, ktoré postupne ničia ozónovú vrstvu. Mimoriadne nebezpečným problémom sú takzvané ozónové diery.

skleníkový efekt a kyslé dažde

Žiaľ, konštanta, ktorá sa spája najmä s rozvinutým priemyslom, vedie k veľkému zhoršeniu. Medzi takéto nebezpečné zmeny patrí takzvaný skleníkový efekt. Faktom je, že pozemské telesá vyžarujú vlny prevažne v infračervenom spektre - nemôžu vždy preniknúť do atmosféry. Zvýšenie koncentrácie oxidu uhličitého, ktorý absorbuje infračervené žiarenie, vedie k zvýšeniu celkovej teploty v spodných vrstvách atmosféry, čo následne ovplyvňuje klímu.

Kyslé dažde sú ďalším výsledkom priemyselného znečistenia ovzdušia Zeme. Oxidy síry a dusíka, ktoré do ovzdušia vypúšťajú tepelné elektrárne, autá, hutnícke závody a niektoré ďalšie podniky, môžu reagovať s atmosférickou vodnou parou – vplyvom slnečného žiarenia tu vznikajú kyseliny, ktoré padajú spolu s ďalšími zrážkami .

Atmosféra je plynný obal našej planéty, ktorý rotuje spolu so Zemou. Plyn v atmosfére sa nazýva vzduch. Atmosféra je v kontakte s hydrosférou a čiastočne pokrýva litosféru. Ale horné hranice je ťažké určiť. Bežne sa uznáva, že atmosféra sa rozprestiera smerom nahor v dĺžke približne tri tisícky kilometrov. Tam plynulo prechádza do bezvzduchového priestoru.

Chemické zloženie zemskej atmosféry

Tvorba chemického zloženia atmosféry sa začala asi pred štyrmi miliardami rokov. Spočiatku sa atmosféra skladala len z ľahkých plynov – hélia a vodíka. Prvotným predpokladom na vytvorenie plynového obalu okolo Zeme boli podľa vedcov sopečné erupcie, ktoré spolu s lávou uvoľnili obrovské množstvo plynov. Následne začala výmena plynov s vodnými priestormi, so živými organizmami a s produktmi ich činnosti. Zloženie ovzdušia sa postupne menilo a do modernej podoby sa zafixovalo pred niekoľkými miliónmi rokov.

Hlavnými zložkami atmosféry sú dusík (asi 79 %) a kyslík (20 %). Zvyšné percento (1%) tvoria nasledujúce plyny: argón, neón, hélium, metán, oxid uhličitý, vodík, kryptón, xenón, ozón, amoniak, oxidy síry a dusičité, oxid dusný a oxid uhoľnatý, ktoré sú zahrnuté. v tomto jednom percente.

Okrem toho vzduch obsahuje vodnú paru a častice (peľ, prach, kryštály soli, aerosólové nečistoty).

Nedávno vedci zaznamenali nie kvalitatívnu, ale kvantitatívnu zmenu niektorých zložiek vzduchu. A dôvodom je človek a jeho aktivity. Len za posledných 100 rokov sa hladina oxidu uhličitého výrazne zvýšila! Je to spojené s mnohými problémami, z ktorých najglobálnejším je zmena klímy.

Tvorba počasia a klímy

Atmosféra zohráva rozhodujúcu úlohu pri formovaní klímy a počasia na Zemi. Veľa závisí od množstva slnečného žiarenia, charakteru podkladového povrchu a atmosférickej cirkulácie.

Pozrime sa na faktory v poradí.

1. Atmosféra prenáša teplo slnečných lúčov a pohlcuje škodlivé žiarenie. Starí Gréci vedeli, že lúče Slnka dopadajú na rôzne časti Zeme pod rôznymi uhlami. Samotné slovo „klíma“ preložené zo starovekej gréčtiny znamená „svah“. Na rovníku teda slnečné lúče dopadajú takmer kolmo, preto je tu veľmi teplo. Čím bližšie k pólom, tým väčší je uhol sklonu. A teplota klesá.

2. Vplyvom nerovnomerného zahrievania Zeme vznikajú v atmosfére vzdušné prúdy. Sú klasifikované podľa veľkosti. Najmenšie (desiatky a stovky metrov) sú lokálne vetry. Potom nasledujú monzúny a pasáty, cyklóny a anticyklóny a planetárne frontálne zóny.

Všetky tieto vzdušné masy sa neustále pohybujú. Niektoré z nich sú dosť statické. Napríklad pasáty, ktoré vanú zo subtrópov smerom k rovníku. Pohyb ostatných závisí vo veľkej miere od atmosférického tlaku.

3. Atmosférický tlak je ďalším faktorom ovplyvňujúcim tvorbu klímy. Toto je tlak vzduchu na zemskom povrchu. Ako je známe, vzduchové hmoty sa pohybujú z oblasti s vysokým atmosférickým tlakom do oblasti, kde je tento tlak nižší.

Celkovo je vyčlenených 7 zón. Rovník je zóna nízkeho tlaku. Ďalej na oboch stranách rovníka až po tridsiate zemepisné šírky je oblasť vysokého tlaku. Od 30° do 60° - opäť nízky tlak. A od 60° k pólom je zóna vysokého tlaku. Medzi týmito zónami cirkulujú vzduchové hmoty. Tie, ktoré prichádzajú z mora na pevninu, prinášajú dážď a zlé počasie a tie, ktoré fúkajú z kontinentov, prinášajú jasné a suché počasie. V miestach, kde sa zrážajú vzdušné prúdy, vznikajú atmosférické frontové zóny, pre ktoré sú charakteristické zrážky a nepriaznivé, veterné počasie.

Vedci dokázali, že aj blaho človeka závisí od atmosférického tlaku. Podľa medzinárodných noriem je normálny atmosférický tlak 760 mm Hg. kolóne pri teplote 0 °C. Tento ukazovateľ sa počíta pre tie oblasti pevniny, ktoré sú takmer na úrovni hladiny mora. S nadmorskou výškou tlak klesá. Preto napríklad pre Petrohrad 760 mm Hg. - toto je norma. Ale pre Moskvu, ktorá sa nachádza vyššie, je normálny tlak 748 mm Hg.

Tlak sa mení nielen vertikálne, ale aj horizontálne. Je to cítiť najmä pri prechode cyklónov.

Štruktúra atmosféry

Atmosféra pripomína poschodovú tortu. A každá vrstva má svoje vlastné charakteristiky.

. Troposféra- vrstva najbližšie k Zemi. „Hrúbka“ tejto vrstvy sa mení so vzdialenosťou od rovníka. Nad rovníkom sa vrstva rozprestiera nahor o 16-18 km, v miernom pásme o 10-12 km, na póloch o 8-10 km.

Práve tu sa nachádza 80 % celkovej hmoty vzduchu a 90 % vodnej pary. Tvorí sa tu oblačnosť, vznikajú cyklóny a anticyklóny. Teplota vzduchu závisí od nadmorskej výšky oblasti. V priemere klesá o 0,65° C na každých 100 metrov.

. Tropopauza- prechodová vrstva atmosféry. Jeho výška sa pohybuje od niekoľkých stoviek metrov do 1-2 km. Teplota vzduchu v lete je vyššia ako v zime. Napríklad nad pólmi v zime je -65° C. A nad rovníkom je -70° C kedykoľvek počas roka.

. Stratosféra- ide o vrstvu, ktorej horná hranica leží v nadmorskej výške 50-55 kilometrov. Turbulencie sú tu nízke, obsah vodnej pary vo vzduchu je zanedbateľný. Ale je tam veľa ozónu. Jeho maximálna koncentrácia je v nadmorskej výške 20-25 km. V stratosfére začína teplota vzduchu stúpať a dosahuje +0,8° C. Je to spôsobené tým, že ozónová vrstva interaguje s ultrafialovým žiarením.

. Stratopauza- nízka medzivrstva medzi stratosférou a mezosférou, ktorá po nej nasleduje.

. mezosféra- horná hranica tejto vrstvy je 80-85 kilometrov. Prebiehajú tu zložité fotochemické procesy zahŕňajúce voľné radikály. Sú to oni, ktorí poskytujú jemnú modrú žiaru našej planéty, ktorá je viditeľná z vesmíru.

Väčšina komét a meteoritov zhorí v mezosfére.

. Mezopauza- ďalšia medzivrstva, ktorej teplota vzduchu je najmenej -90°.

. Termosféra- spodná hranica začína v nadmorskej výške 80 - 90 km a horná hranica vrstvy prebieha približne vo výške 800 km. Teplota vzduchu stúpa. Môže sa pohybovať od +500°C do +1000°C. Počas dňa sú teplotné výkyvy v stovkách stupňov! Ale vzduch je tu taký riedky, že chápať pojem „teplota“ tak, ako si ho predstavujeme, tu nie je vhodné.

. Ionosféra- spája mezosféru, mezopauzu a termosféru. Vzduch sa tu skladá hlavne z molekúl kyslíka a dusíka, ako aj z kvázi neutrálnej plazmy. Slnečné lúče vstupujúce do ionosféry silne ionizujú molekuly vzduchu. V spodnej vrstve (do 90 km) je stupeň ionizácie nízky. Čím vyššia, tým väčšia ionizácia. Takže v nadmorskej výške 100-110 km sa koncentrujú elektróny. Pomáha to odrážať krátke a stredné rádiové vlny.

Najdôležitejšou vrstvou ionosféry je vrchná vrstva, ktorá sa nachádza v nadmorskej výške 150-400 km. Jeho zvláštnosťou je, že odráža rádiové vlny, čo uľahčuje prenos rádiových signálov na značné vzdialenosti.

Práve v ionosfére dochádza k takému javu, akým je polárna žiara.

. Exosféra- pozostáva z atómov kyslíka, hélia a vodíka. Plyn v tejto vrstve je veľmi riedky a atómy vodíka často unikajú do vesmíru. Preto sa táto vrstva nazýva „disperzná zóna“.

Prvým vedcom, ktorý naznačil, že naša atmosféra má váhu, bol Talian E. Torricelli. Ostap Bender napríklad vo svojom románe „Zlaté teľa“ lamentoval, že každého človeka tlačí stĺp vzduchu s hmotnosťou 14 kg! Veľký plánovač sa však trochu mýlil. Dospelý zažije tlak 13-15 ton! Túto ťažkosť však necítime, pretože atmosférický tlak je vyvážený vnútorným tlakom človeka. Hmotnosť našej atmosféry je 5 300 000 000 000 ton. Postava je kolosálna, hoci je to len milióntina hmotnosti našej planéty.

Atmosférický vzduch pozostáva z dusíka (77,99 %), kyslíka (21 %), inertných plynov (1 %) a oxidu uhličitého (0,01 %). Podiel oxidu uhličitého sa časom zvyšuje v dôsledku toho, že produkty spaľovania palív sa uvoľňujú do atmosféry a navyše sa zmenšuje plocha lesov, ktoré absorbujú oxid uhličitý a uvoľňujú kyslík.

Atmosféra obsahuje aj malé množstvo ozónu, ktorý sa koncentruje vo výške asi 25-30 km a tvorí takzvanú ozónovú vrstvu. Táto vrstva vytvára bariéru pre slnečné ultrafialové žiarenie, ktoré je nebezpečné pre živé organizmy na Zemi.

Okrem toho atmosféra obsahuje vodnú paru a rôzne nečistoty – prachové častice, sopečný popol, sadze atď. Koncentrácia nečistôt je vyššia pri povrchu zeme av určitých oblastiach: nad veľkými mestami, púšťami.

Troposféra- nižšia, obsahuje väčšinu vzduchu a. Výška tejto vrstvy je rôzna: od 8-10 km v blízkosti trópov po 16-18 v blízkosti rovníka. v troposfére klesá so stúpaním: o 6°C na každý kilometer. Počasie sa tvorí v troposfére, vznikajú vetry, zrážky, oblačnosť, cyklóny a anticyklóny.

Ďalšia vrstva atmosféry je stratosféra. Vzduch v ňom je oveľa redší a je v ňom oveľa menej vodnej pary. Teplota v spodnej časti stratosféry je -60 - -80°C a s rastúcou výškou klesá. Ozónová vrstva sa nachádza v stratosfére. Stratosféra sa vyznačuje vysokou rýchlosťou vetra (až 80-100 m/s).

mezosféra- stredná vrstva atmosféry, ležiaca nad stratosférou vo výškach od 50 do S0-S5 km. Mezosféra je charakterizovaná poklesom priemernej teploty s výškou od 0°C na spodnej hranici do -90°C na hornej hranici. V blízkosti hornej hranice mezosféry sú pozorované noctilucentné oblaky, osvetlené v noci slnkom. Tlak vzduchu na hornej hranici mezosféry je 200-krát nižší ako na zemskom povrchu.

Termosféra- nachádza sa nad mezosférou, vo výškach od SO do 400-500 km, v nej teplota najskôr pomaly a potom opäť rýchlo začína stúpať. Dôvodom je absorpcia ultrafialového žiarenia zo Slnka vo výškach 150-300 km. V termosfére teplota plynule stúpa do nadmorskej výšky okolo 400 km, kde dosahuje 700 - 1500 °C (v závislosti od slnečnej aktivity). Pod vplyvom ultrafialového, röntgenového a kozmického žiarenia dochádza aj k ionizácii vzduchu („polárna žiara“). Hlavné oblasti ionosféry ležia v termosfére.

Exosféra- vonkajšia, najviac riedka vrstva atmosféry, začína vo výškach 450-000 km a jej horná hranica sa nachádza vo vzdialenosti niekoľko tisíc km od zemského povrchu, kde je koncentrácia častíc rovnaká ako v medziplanetárnom priestor. Exosféru tvorí ionizovaný plyn (plazma); spodná a stredná časť exosféry pozostáva hlavne z kyslíka a dusíka; S rastúcou nadmorskou výškou rýchlo rastie relatívna koncentrácia ľahkých plynov, najmä ionizovaného vodíka. Teplota v exosfére je 1300-3000° C; s výškou rastie slabo. Radiačné pásy Zeme sa nachádzajú hlavne v exosfére.