A légkör réteges szerkezetű. A rétegek közötti határvonalak nem élesek, magasságuk a szélességtől és az évszaktól függ. A réteges szerkezet a különböző magasságokban bekövetkező hőmérsékletváltozások eredménye. Az időjárás a troposzférában alakul ki (alul kb. 10 km: kb. 6 km-rel a sarkok felett és több mint 16 km-rel az Egyenlítő felett). A troposzféra felső határa pedig nyáron magasabb, mint télen.
A Föld felszínétől felfelé ezek a rétegek a következők:
Troposzféra
Sztratoszféra
Mezoszféra
Termoszféra
Exoszféra
Troposzféra
A légkör alsó részét, 10-15 km magasságig, amelyben a teljes légköri levegő tömegének 4/5-e koncentrálódik, troposzférának nevezzük. Jellemző rá, hogy a hőmérséklet itt a magassággal átlagosan 0,6°/100 m-rel csökken (egyes esetekben a függőleges irányú hőmérséklet-eloszlás széles tartományban változik). A troposzféra szinte az összes vízgőzt tartalmazza a légkörben, és szinte minden felhő képződik. A turbulencia itt is erősen kifejlődött, különösen a földfelszín közelében, valamint a troposzféra felső részén az úgynevezett jet streamekben.
A magasság, ameddig a troposzféra kiterjed a Föld minden pontjára, napról napra változik. Ráadásul még átlagosan is eltérő a különböző szélességi körökben és az év különböző évszakaiban. Az éves troposzféra átlagosan körülbelül 9 km magasságig terjed a sarkokon, a mérsékelt övi szélességeken 10-12 km magasságig és az Egyenlítő felett 15-17 km magasságig. Az évi átlagos levegőhőmérséklet a földfelszín közelében körülbelül +26° az Egyenlítőn és körülbelül -23° az északi sarkon. A troposzféra felső határán, az Egyenlítő felett az átlaghőmérséklet -70°, az északi sark felett télen -65°, nyáron pedig -45° körül van.
A troposzféra magasságának megfelelő felső határán a légnyomás 5-8-szor kisebb, mint a földfelszínen. Ezért a légköri levegő nagy része a troposzférában található. A troposzférában lezajló folyamatok közvetlen és meghatározó jelentőségűek a Föld felszínéhez közeli időjárás és éghajlat szempontjából.
Minden vízgőz a troposzférában koncentrálódik, ezért minden felhő a troposzférán belül képződik. A hőmérséklet a magassággal csökken.
A napsugarak könnyen átjutnak a troposzférán, és a napsugárzás által kibocsátott Föld hője felhalmozódik a troposzférában: olyan gázok, mint a szén-dioxid, a metán és a vízgőz megtartják a hőt. A Föld légkörének felmelegítésének ezt a mechanizmusát, amelyet a napsugárzás melegít fel, üvegházhatásnak nevezik. Mivel a Föld a légkör hőforrása, a levegő hőmérséklete a magassággal csökken.
A turbulens troposzféra és a nyugodt sztratoszféra közötti határt tropopauzának nevezik. Itt gyorsan mozgó szelek, úgynevezett "sugárfolyamok" keletkeznek.
Valamikor azt feltételezték, hogy a légkör hőmérséklete a troposzféra fölé is csökken, de a légkör magas rétegeiben végzett mérések azt mutatták, hogy ez nem így van: közvetlenül a tropopauza felett a hőmérséklet szinte állandó, majd emelkedni kezd. vízszintes szelek fújnak a sztratoszférában turbulencia kialakulása nélkül. A sztratoszféra levegője nagyon száraz, ezért ritkák a felhők. Úgynevezett gyöngyházfelhők keletkeznek.
A sztratoszféra nagyon fontos a földi élet szempontjából, hiszen ebben a rétegben van egy kis mennyiségű ózon, amely elnyeli az életre káros erős ultraibolya sugárzást. Az ultraibolya sugárzás elnyelésével az ózon felmelegíti a sztratoszférát.
Sztratoszféra
A troposzféra felett 50-55 km magasságig terül el a sztratoszféra, amelyre jellemző, hogy a hőmérséklet benne átlagosan a magassággal nő. A troposzféra és a sztratoszféra közötti átmeneti réteget (1-2 km vastag) tropopauzának nevezzük.
Fentebb a troposzféra felső határának hőmérsékletére vonatkozó adatok voltak. Ezek a hőmérsékletek az alsó sztratoszférára is jellemzőek. Így az egyenlítő feletti alsó sztratoszférában mindig nagyon alacsony a levegő hőmérséklete; ráadásul nyáron jóval alacsonyabban van, mint az oszlop fölött.
Az alsó sztratoszféra többé-kevésbé izoterm. De körülbelül 25 km-es magasságtól kezdve a sztratoszféra hőmérséklete gyorsan növekszik a magassággal, és körülbelül 50 km-es magasságban eléri a maximumot, sőt a pozitív értékeket (+10 és +30 ° között). A magassággal növekvő hőmérséklet miatt a sztratoszférában alacsony a turbulencia.
Nagyon kevés vízgőz van a sztratoszférában. 20-25 km-es magasságban azonban időnként nagyon vékony, úgynevezett gyöngyházfelhők figyelhetők meg a magas szélességeken. Nappal nem láthatók, de éjszaka úgy tűnik, hogy világítanak, mivel a horizont alatt megvilágítja őket a nap. Ezek a felhők túlhűtött vízcseppekből állnak. A sztratoszférára az is jellemző, hogy főként légköri ózont tartalmaz, amint azt fentebb említettük.
Mezoszféra
A sztratoszféra felett a mezoszféra egy rétege fekszik, körülbelül 80 km-ig. Itt a hőmérséklet a magassággal több tíz fokkal nulla alá süllyed. A magassággal együtt járó gyors hőmérséklet-csökkenés miatt a turbulencia erősen fejlett a mezoszférában. A mezoszféra felső határához közeli magasságban (75-90 km) még mindig vannak egy speciális, éjszakai nap által is megvilágított felhők, az úgynevezett ezüstfelhők. Valószínűleg jégkristályokból állnak.
A mezoszféra felső határán a légnyomás 200-szor kisebb, mint a Föld felszínén. Így a troposzféra, a sztratoszféra és a mezoszféra együtt 80 km magasságig a légkör teljes tömegének több mint 99,5%-át tartalmazza. A fedőrétegek elhanyagolható mennyiségű levegőt tartalmaznak
A Föld felett körülbelül 50 km-es magasságban a hőmérséklet ismét csökkenni kezd, jelezve a sztratoszféra felső határát és a következő réteg - a mezoszféra - kezdetét. A mezoszférában a leghidegebb a légkör hőmérséklete: -2 és -138 Celsius fok között. Itt vannak a legmagasabb felhők: tiszta időben napnyugtakor láthatók. Noctilucentnek (éjszaka világítónak) hívják őket.
Termoszféra
A légkör felső, mezoszféra feletti részét nagyon magas hőmérséklet jellemzi, ezért termoszférának nevezik. Két rész különböztethető meg benne: az ionoszféra, amely a mezoszférától ezer kilométeres magasságig terjed, és a felette fekvő külső rész - az exoszféra, amely a Föld koronájába megy át.
Az ionoszférában rendkívül ritka a levegő. Korábban jeleztük, hogy 300-750 km magasságban átlagos sűrűsége 10-8-10-10 g/m3 körül mozog. De még ilyen alacsony sűrűség mellett is, a levegő minden köbcentimétere 300 km magasságban még mindig körülbelül egymilliárd (109) molekulát vagy atomot tartalmaz, 600 km magasságban pedig több mint 10 millió (107). Ez több nagyságrenddel nagyobb, mint a bolygóközi térben lévő gázok mennyisége.
Az ionoszférát, ahogy a név is mondja, nagyon erős légionizációs fok jellemzi - az ionok mennyisége itt sokszorosa, mint az alatta lévő rétegekben, a levegő erős általános ritkasága ellenére. Ezek az ionok főként töltött oxigénatomok, töltött nitrogén-oxid molekulák és szabad elektronok. Tartalmuk 100-400 km magasságban körülbelül 1015-106 köbcentiméter.
Az ionoszférában több réteget vagy régiót különböztetnek meg maximális ionizációval, különösen 100-120 km és 200-400 km magasságban. De még e rétegek közötti intervallumokban is a légkör ionizációs foka nagyon magas marad. Az ionoszféra rétegeinek helyzete és a bennük lévő ionok koncentrációja folyamatosan változik. A különösen nagy koncentrációjú elektronok szórványos felhalmozódását elektronfelhőknek nevezzük.
A légkör elektromos vezetőképessége az ionizáció mértékétől függ. Ezért az ionoszférában a levegő elektromos vezetőképessége általában 1012-szer nagyobb, mint a földfelszíné. A rádióhullámok abszorpciót, fénytörést és visszaverődést tapasztalnak az ionoszférában. A 20 m-nél hosszabb hullámok egyáltalán nem tudnak áthaladni az ionoszférán: az ionoszféra alsó részén (70-80 km magasságban) már alacsony koncentrációjú elektronrétegek verik vissza őket. A közepes és rövid hullámokat a fedő ionoszféra rétegei verik vissza.
Az ionoszféráról való visszaverődésnek köszönhető, hogy lehetséges a hosszú távú kommunikáció rövid hullámokon. Az ionoszféráról és a földfelszínről érkező többszörös visszaverődés lehetővé teszi a rövid hullámok cikcakkszerű terjedését nagy távolságokra, megkerülve a földgömb felszínét. Mivel az ionoszféra rétegeinek helyzete és koncentrációja folyamatosan változik, a rádióhullámok elnyelésének, visszaverődésének és terjedésének feltételei is változnak. Ezért a megbízható rádiókommunikáció megköveteli az ionoszféra állapotának folyamatos tanulmányozását. A rádióhullámok terjedésével kapcsolatos megfigyelések pontosan az ilyen kutatások eszközei.
Az ionoszférában az aurórákat és a természetben hozzájuk közel álló éjszakai égboltot figyelik meg - a légköri levegő állandó lumineszcenciáját, valamint a mágneses mező éles ingadozásait - ionoszférikus mágneses viharokat.
Az ionoszférában az ionizáció a Nap ultraibolya sugárzásának köszönhető. A légköri gázok molekulái általi abszorpciója töltött atomok és szabad elektronok megjelenéséhez vezet, amint azt fentebb tárgyaltuk. A mágneses tér ingadozása az ionoszférában és az aurórákban a naptevékenység ingadozásaitól függ. A Napból a Föld légkörébe érkező korpuszkuláris sugárzás áramlásának változása a naptevékenység változásával függ össze. A korpuszkuláris sugárzás ugyanis alapvető fontosságú ezekben az ionoszférikus jelenségekben.
Az ionoszférában a hőmérséklet a magassággal nagyon magas értékekre emelkedik. Körülbelül 800 km-es magasságban eléri az 1000°-ot.
Ha az ionoszféra magas hőmérsékletéről beszélünk, akkor ezek azt jelentik, hogy a légköri gázok részecskéi nagyon nagy sebességgel mozognak ott. Az ionoszférában azonban a levegő sűrűsége olyan alacsony, hogy az ionoszférában elhelyezkedő testet, például egy repülő műholdat, nem melegíti fel a levegővel történő hőcsere. A műhold hőmérsékleti rendszere a napsugárzás közvetlen elnyelésétől és a saját sugárzásának a környező térbe való visszatérésétől függ. A termoszféra a mezoszféra felett helyezkedik el, 90-500 km magasságban a Föld felszíne felett. A gázmolekulák itt erősen szórtak, elnyelik a röntgensugárzást és az ultraibolya sugárzás rövid hullámhosszú részét. Emiatt a hőmérséklet elérheti az 1000 Celsius fokot.
A termoszféra alapvetően az ionoszférának felel meg, ahol az ionizált gáz rádióhullámokat veri vissza a Földre – ez a jelenség teszi lehetővé a rádiókommunikáció kialakítását.
Exoszféra
800-1000 km felett a légkör az exoszférába, majd fokozatosan a bolygóközi térbe kerül. A gázrészecskék, különösen a könnyű részecskék sebessége itt nagyon nagy, és az ilyen magasságokban rendkívül ritka levegő miatt a részecskék ellipszis alakú pályákon repülhetnek a Föld körül anélkül, hogy egymással ütköznének. Ebben az esetben az egyes részecskék olyan sebességgel rendelkezhetnek, amely elegendő a gravitációs erő leküzdéséhez. Töltetlen részecskék esetében a kritikus sebesség 11,2 km/s lesz. Az ilyen különösen gyors részecskék hiperbolikus pályákon haladva kirepülhetnek a légkörből a világűrbe, „elszökhetnek” és szétszóródhatnak. Ezért az exoszférát szórógömbnek is nevezik.
Túlnyomórészt hidrogénatomok szöknek ki, amely a domináns gáz az exoszféra legmagasabb rétegeiben.
A közelmúltban azt feltételezték, hogy az exoszféra és vele általában a Föld légköre 2000-3000 km-es nagyságrendű magasságban ér véget. De a rakéták és műholdak megfigyelései alapján felmerült az az elképzelés, hogy az exoszférából kilépő hidrogén úgynevezett földi koronát képez a Föld körül, amely több mint 20 000 km-re terjed ki. Természetesen a gáz sűrűsége a Föld koronájában elhanyagolható. Minden köbcentiméterre átlagosan csak körülbelül ezer részecske jut. De a bolygóközi térben a részecskék (főleg a protonok és elektronok) koncentrációja legalább tízszer kisebb.
Műholdak és geofizikai rakéták segítségével a légkör felső részében és a Föld-közeli világűrben létezik a Föld sugárzási öve, amely több száz kilométeres magasságban kezdődik és több tízezer kilométerre húzódik földfelszínt, megállapították. Ez az öv elektromosan töltött részecskékből áll - protonokból és elektronokból, amelyeket a Föld mágneses mezeje fog el, és nagyon nagy sebességgel mozognak. Energiájuk több százezer elektronvolt nagyságrendű. A sugárzási öv folyamatosan veszít részecskéket a föld légkörében, és a naptestes sugárzás áramlása pótolja.
légkör hőmérséklet sztratoszféra troposzféra
A légkör bolygónk gáznemű héja, amely a Földdel együtt forog. A légkörben lévő gázt levegőnek nevezzük. A légkör érintkezik a hidroszférával, és részben lefedi a litoszférát. De nehéz meghatározni a felső határt. Hagyományosan feltételezik, hogy a légkör felfelé körülbelül háromezer kilométerre nyúlik. Ott simán befolyik a levegőtlen térbe.
A légkör kémiai összetételének kialakulása körülbelül négymilliárd éve kezdődött. Kezdetben a légkör csak könnyű gázokból állt - héliumból és hidrogénből. A tudósok szerint a Föld körüli gázhéj létrehozásának kezdeti előfeltételei a vulkánkitörések voltak, amelyek a lávával együtt hatalmas mennyiségű gázt bocsátottak ki. Ezt követően megindult a gázcsere a vízterekkel, élő szervezetekkel, tevékenységük termékeivel. A levegő összetétele fokozatosan változott, és jelenlegi formájában több millió évvel ezelőtt rögzült.
A légkör fő összetevői a nitrogén (körülbelül 79%) és az oxigén (20%). A fennmaradó százalékot (1%) a következő gázok adják: argon, neon, hélium, metán, szén-dioxid, hidrogén, kripton, xenon, ózon, ammónia, kén-dioxid és nitrogén, nitrogén-oxid és szén-monoxid százalék.
Ezenkívül a levegő vízgőzt és szilárd részecskéket (növényi pollen, por, sókristályok, aeroszolos szennyeződések) tartalmaz.
A közelmúltban a tudósok nem minőségi, hanem mennyiségi változást észleltek egyes levegő-összetevőkben. Ennek pedig az ember és az ő tevékenysége az oka. Csak az elmúlt 100 évben nőtt jelentősen a szén-dioxid-tartalom! Ez számos problémával jár, amelyek közül a legglobálisabb az éghajlatváltozás.
A légkör létfontosságú szerepet játszik a Föld éghajlatának és időjárásának alakításában. Sok múlik a napfény mennyiségén, az alatta lévő felület jellegén és a légkör keringésén.
Nézzük sorban a tényezőket.
1. A légkör továbbítja a napsugarak hőjét és elnyeli a káros sugárzást. Az ókori görögök tudták, hogy a Nap sugarai a Föld különböző részeire eltérő szögben esnek. A „klíma” szó az ókori görög fordításban „lejtőt” jelent. Tehát az Egyenlítőnél a napsugarak szinte függőlegesen esnek, mert itt nagyon meleg van. Minél közelebb van a pólusokhoz, annál nagyobb a dőlésszög. És a hőmérséklet csökken.
2. A Föld egyenetlen felmelegedése miatt a légkörben légáramlatok képződnek. Méretük szerint osztályozzák őket. A legkisebbek (tíz és több száz méter) a helyi szelek. Ezt követik a monszunok és passzátszelek, ciklonok és anticiklonok, bolygófronti zónák.
Mindezek a légtömegek folyamatosan mozognak. Némelyikük meglehetősen statikus. Például a passzátszelek, amelyek a szubtrópusokról fújnak az Egyenlítő felé. A többiek mozgása nagymértékben függ a légköri nyomástól.
3. A légköri nyomás egy másik, az éghajlat kialakulását befolyásoló tényező. Ez a légnyomás a föld felszínén. Mint ismeretes, a légtömegek a magas légköri nyomású területről egy olyan terület felé mozognak, ahol ez a nyomás alacsonyabb.
Összesen 7 zóna van. Az egyenlítő egy alacsony nyomású zóna. Továbbá az Egyenlítő mindkét oldalán a harmincadik szélességig - egy nagy nyomású terület. 30°-ról 60°-ra - ismét alacsony nyomás. És 60°-tól a pólusokig - nagy nyomású zóna. E zónák között légtömegek keringenek. A tengerről szárazföldre menők esőt és rossz időt hoznak, a kontinensekről fújók pedig tiszta és száraz időt hoznak. Azokon a helyeken, ahol a légáramlatok ütköznek, légköri frontzónák alakulnak ki, amelyeket csapadék és zord, szeles idő jellemez.
A tudósok bebizonyították, hogy még az ember jóléte is függ a légköri nyomástól. A nemzetközi szabványok szerint a normál légköri nyomás 760 Hgmm. oszlop 0 °C-on. Ez a szám azokra a szárazföldi területekre vonatkozik, amelyek majdnem egy szintben vannak a tengerszinttel. A nyomás a magassággal csökken. Ezért például Szentpétervárra 760 Hgmm. - ez a norma. De Moszkvában, amely magasabban található, a normál nyomás 748 Hgmm.
A nyomás nemcsak függőlegesen, hanem vízszintesen is változik. Ez különösen a ciklonok áthaladásakor érezhető.
A hangulat olyan, mint egy réteges torta. És minden rétegnek megvannak a maga sajátosságai.
. Troposzféra a Földhöz legközelebb eső réteg. Ennek a rétegnek a "vastagsága" változik, ahogy távolodsz az Egyenlítőtől. Az Egyenlítő felett a réteg felfelé 16-18 km-ig, a mérsékelt égövön 10-12 km-ig, a sarkokon 8-10 km-ig terjed.
Itt található a levegő teljes tömegének 80%-a és a vízgőz 90%-a. Itt felhők képződnek, ciklonok és anticiklonok keletkeznek. A levegő hőmérséklete a terület magasságától függ. Átlagosan 0,65°C-kal csökken 100 méterenként.
. tropopauza- a légkör átmeneti rétege. Magassága több száz métertől 1-2 km-ig terjed. A levegő hőmérséklete nyáron magasabb, mint télen. Így például a sarkok felett télen -65 ° C. Az egyenlítő felett pedig az év bármely szakában -70 ° C.
. Sztratoszféra- ez egy réteg, melynek felső határa 50-55 kilométeres magasságban húzódik. Itt kicsi a turbulencia, a levegő vízgőztartalma elhanyagolható. De sok ózon. Maximális koncentrációja 20-25 km magasságban van. A sztratoszférában a levegő hőmérséklete emelkedni kezd, és eléri a +0,8 ° C-ot. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az ózonréteg kölcsönhatásba lép az ultraibolya sugárzással.
. Sztratopauza- alacsony köztes réteg a sztratoszféra és az azt követő mezoszféra között.
. Mezoszféra- ennek a rétegnek a felső határa 80-85 kilométer. Itt komplex fotokémiai folyamatok mennek végbe, amelyekben szabad gyökök vesznek részt. Ők biztosítják bolygónk gyengéd kék fényét, amely az űrből látható.
A legtöbb üstökös és meteorit a mezoszférában ég el.
. mezopauza- a következő köztes réteg, amelyben a levegő hőmérséklete legalább -90 °.
. Termoszféra- az alsó határ 80-90 km magasságban kezdődik, a réteg felső határa pedig körülbelül 800 km-nél halad át. A levegő hőmérséklete emelkedik. +500°C és +1000°C között változhat. Napközben több száz fokos hőmérséklet-ingadozások is előfordulhatnak! De a levegő itt annyira ritka, hogy a "hőmérséklet" kifejezést úgy gondoljuk, hogy itt nem helyénvaló.
. Ionoszféra- egyesíti a mezoszférát, a mezopauzát és a termoszférát. A levegő itt főleg oxigén- és nitrogénmolekulákból, valamint kvázi semleges plazmából áll. Az ionoszférába eső napsugarak erősen ionizálják a levegőmolekulákat. Az alsó rétegben (90 km-ig) az ionizáció foka alacsony. Minél magasabb, annál nagyobb az ionizáció. Tehát 100-110 km magasságban az elektronok koncentrálódnak. Ez hozzájárul a rövid és közepes rádióhullámok visszaveréséhez.
Az ionoszféra legfontosabb rétege a felső réteg, amely 150-400 km magasságban található. Különlegessége, hogy visszaveri a rádióhullámokat, és ez hozzájárul a rádiójelek nagy távolságra történő továbbításához.
Az ionoszférában fordul elő olyan jelenség, mint az aurora.
. Exoszféra- oxigén-, hélium- és hidrogénatomokból áll. Ebben a rétegben a gáz nagyon ritka, és gyakran hidrogénatomok szöknek ki a világűrbe. Ezért ezt a réteget "szórási zónának" nevezik.
Az első tudós, aki felvetette, hogy légkörünknek súlya van, az olasz E. Torricelli volt. Ostap Bender például az "Aranyborjú" című regényében panaszkodott, hogy minden embert egy 14 kg súlyú légoszlop nyomott! De a nagy stratéga egy kicsit tévedett. Egy felnőtt ember 13-15 tonnás nyomást tapasztal! De ezt a nehézséget nem érezzük, mert a légköri nyomást az ember belső nyomása egyensúlyozza ki. Légkörünk súlya 5 300 000 000 000 000 tonna. A szám kolosszális, bár bolygónk tömegének csak egy milliomod része.
1 / 5
✪ Földi űrhajó (14. epizód) – Atmoszféra
✪ Miért nem húzták be a légkört az űr vákuumába?
✪ A "Soyuz TMA-8" űrszonda belépése a Föld légkörébe
✪ A légkör szerkezete, jelentése, tanulmányozása
✪ O. S. Ugolnikov "Felső légkör. A Föld és az űr találkozása"
Légkörnek azt a Föld körüli területet tekintjük, amelyben a gáznemű közeg a Föld egészével együtt forog. A bolygóközi térbe a légkör fokozatosan, az exoszférában kerül át a Föld felszínétől 500-1000 km-es magasságból kiindulva.
A Nemzetközi Repülési Szövetség által javasolt definíció szerint a légkör és az űr közötti határ a mintegy 100 km-es magasságban található Karmana vonal mentén húzódik, amely felett a légi repülés teljesen lehetetlenné válik. A NASA a 122 kilométeres (400 000 láb) jelölést használja a légkör határaként, ahol a siklók motoros manőverezésről aerodinamikus manőverezésre váltanak.
A táblázatban feltüntetett gázokon kívül a légkör Cl 2, SO 2, NH 3, CO, O 3, NO 2, szénhidrogének, HCl,, HBr, gőzök, I 2, Br 2, valamint sok egyéb gázok kis mennyiségben. A troposzférában folyamatosan nagy mennyiségű lebegő szilárd és folyékony részecskék (aeroszol) találhatók. A radon (Rn) a Föld légkörének legritkább gáza.
A troposzféra alsó rétege (1-2 km vastag), amelyben a Föld felszínének állapota és tulajdonságai közvetlenül befolyásolják a légkör dinamikáját.
Felső határa a sarkvidéken 8-10 km, a mérsékelt öviben 10-12 km, a trópusi szélességeken 16-18 km magasságban van; alacsonyabb télen, mint nyáron.
A légkör alsó, fő rétege a teljes légköri levegőtömeg több mint 80%-át és a légkörben jelenlévő összes vízgőz körülbelül 90%-át tartalmazza. A troposzférában erősen kifejlődik a turbulencia és a konvekció, felhők jelennek meg, ciklonok, anticiklonok alakulnak ki. A hőmérséklet a magassággal csökken, átlagosan 0,65°/100 méteres függőleges gradienssel.
A troposzférából a sztratoszférába vezető átmeneti réteg, a légkör azon rétege, amelyben a hőmérséklet magasságcsökkenése megáll.
A légkör 11-50 km magasságban elhelyezkedő rétege. A 11-25 km-es rétegben (a sztratoszféra alsó rétegében) a hőmérséklet enyhe változása, a 25-40 km-es rétegben -56,5-ről +0,8 °-ra (felső sztratoszféra vagy inverziós régió) jellemző. Körülbelül 40 km magasságban elérve a 273 K (majdnem 0 °C) értéket, a hőmérséklet körülbelül 55 km magasságig állandó marad. Ezt az állandó hőmérsékletű régiót sztratopauzának nevezik, és ez a határ a sztratoszféra és a mezoszféra között.
A légkör határrétege a sztratoszféra és a mezoszféra között. A függőleges hőmérséklet-eloszlásban van egy maximum (kb. 0 °C).
A felső határ körülbelül 800 km. A hőmérséklet 200-300 km magasságig emelkedik, ahol eléri az 1500 K nagyságrendű értéket, ami után szinte állandó marad a nagy magasságokig. A napsugárzás és a kozmikus sugárzás hatására a levegő ionizálódik („poláris fények”) - az ionoszféra fő területei a termoszférában találhatók. 300 km feletti magasságban az atomi oxigén dominál. A termoszféra felső határát nagyrészt a Nap aktuális aktivitása határozza meg. Alacsony aktivitású időszakokban - például 2008-2009-ben - ennek a rétegnek a mérete észrevehetően csökken.
A légkör termoszféra feletti tartománya. Ezen a területen a napsugárzás elnyelése jelentéktelen, és a hőmérséklet valójában nem változik a magassággal.
100 km magasságig a légkör homogén, jól elegyített gázkeverék. A magasabb rétegekben a gázok magasságbeli eloszlása molekulatömegüktől függ, a nehezebb gázok koncentrációja a Föld felszínétől való távolság növekedésével gyorsabban csökken. A gázsűrűség csökkenése miatt a hőmérséklet a sztratoszférában 0 °C-ról -110 °C-ra csökken a mezoszférában. Az egyes részecskék kinetikus energiája azonban 200-250 km magasságban ~150 °C hőmérsékletnek felel meg. 200 km felett jelentős hőmérséklet- és gázsűrűség-ingadozások figyelhetők meg időben és térben.
Körülbelül 2000-3500 km magasságban az exoszféra fokozatosan átmegy az ún. közeli űrvákuum, amely bolygóközi gáz ritka részecskéivel, főleg hidrogénatomokkal van tele. De ez a gáz csak egy része a bolygóközi anyagnak. A másik rész üstökös és meteor eredetű porszerű részecskékből áll. Ebbe a térbe a rendkívül ritka porszerű részecskék mellett nap- és galaktikus eredetű elektromágneses és korpuszkuláris sugárzás is behatol.
A troposzféra a légkör tömegének körülbelül 80%-át, a sztratoszféra körülbelül 20%-át teszi ki; a mezoszféra tömege nem több, mint 0,3%, a termoszféra kevesebb, mint 0,05% a légkör teljes tömegének.
A légkör elektromos tulajdonságai alapján bocsátanak ki a neutroszféraés ionoszféra .
A légkörben lévő gáz összetételétől függően bocsátanak ki homoszféraés heteroszféra. heteroszféra- ez az a terület, ahol a gravitáció befolyásolja a gázok elválasztását, mivel ilyen magasságban elhanyagolható a keveredésük. Ebből következik a heteroszféra változó összetétele. Alatta a légkör egy jól kevert, homogén része, az úgynevezett homoszféra található. E rétegek közötti határt turbopauzának nevezik, körülbelül 120 km magasságban fekszik.
Már 5 km-es tengerszint feletti magasságban az edzetlen emberben oxigénéhezés alakul ki, alkalmazkodás nélkül pedig jelentősen csökken az ember teljesítménye. Itt ér véget a légkör élettani zónája. Az emberi légzés 9 km-es magasságban lehetetlenné válik, bár körülbelül 115 km-ig a légkör oxigént tartalmaz.
A légkör biztosítja számunkra a légzéshez szükséges oxigént. Azonban a légkör össznyomásának csökkenése miatt, amikor Ön egy magasságba emelkedik, az oxigén parciális nyomása is ennek megfelelően csökken.
A legelterjedtebb elmélet szerint a Föld légköre három különböző összetételű volt története során. Kezdetben könnyű gázokból (hidrogén és hélium) állt, amelyeket a bolygóközi térből fogtak be. Ez az ún elsődleges légkör. A következő szakaszban az aktív vulkáni tevékenység a légkör hidrogéntől eltérő gázokkal (szén-dioxid, ammónia, vízgőz) való telítéséhez vezetett. Így másodlagos légkör. Ez a légkör helyreállító volt. Továbbá a légkör kialakulásának folyamatát a következő tényezők határozták meg:
Fokozatosan ezek a tényezők vezettek a kialakulásához harmadlagos légkör, amelyet jóval alacsonyabb hidrogén- és jóval magasabb nitrogén- és szén-dioxid-tartalom jellemez (amely ammóniából és szénhidrogénekből kémiai reakciók eredményeként keletkezik).
A nagy mennyiségű nitrogén N 2 képződése az ammónia-hidrogén atmoszféra molekuláris oxigén O 2 általi oxidációjának köszönhető, amely 3 milliárd évvel ezelőtt a fotoszintézis eredményeként kezdett kijönni a bolygó felszínéről. A nitrogén N 2 a nitrátok és más nitrogéntartalmú vegyületek denitrifikációja következtében is a légkörbe kerül. A nitrogént az ózon NO-vá oxidálja a felső légkörben.
A nitrogén N 2 csak meghatározott körülmények között lép reakcióba (például villámkisülés során). Az elektromos kisülések során a molekuláris nitrogén ózon általi oxidációját kis mennyiségben használják fel a nitrogénműtrágyák ipari gyártása során. Alacsony energiafelhasználással oxidálhatják és biológiailag aktív formává alakíthatják a hüvelyesekkel rizobiális szimbiózist alkotó cianobaktériumok (kék-zöld algák) és göbbaktériumok, amelyek hatékony zöldtrágyanövények lehetnek, amelyek nem kimerítik, hanem gazdagítják a talajt. természetes műtrágyákkal.
A légkör összetétele gyökeresen megváltozott az élő szervezetek Földön való megjelenésével, a fotoszintézis eredményeként, amelyet oxigén felszabadulás és szén-dioxid felszívódás kísér. Kezdetben az oxigént redukált vegyületek oxidálására fordították - ammónia, szénhidrogének, az óceánokban található vas vas formái és mások. Ennek a szakasznak a végén a légkör oxigéntartalma növekedni kezdett. Fokozatosan modern, oxidáló tulajdonságokkal rendelkező légkör alakult ki. Mivel ez a légkörben, a litoszférában és a bioszférában lezajló számos folyamatban súlyos és hirtelen változásokat okozott, ezt az eseményt oxigénkatasztrófának nevezték.
Az utóbbi időben az ember elkezdte befolyásolni a légkör fejlődését. Az emberi tevékenység eredménye a légkör szén-dioxid-tartalmának folyamatos növekedése a korábbi geológiai korszakokban felhalmozódott szénhidrogén tüzelőanyagok elégetése következtében. Hatalmas mennyiségű CO 2 fogy el a fotoszintézis során, és a világ óceánjai elnyelik. Ez a gáz a karbonátos kőzetek és a növényi és állati eredetű szerves anyagok bomlása, valamint a vulkanizmus és az emberi termelő tevékenység következtében kerül a légkörbe. Az elmúlt 100 év során a légkör CO 2-tartalma 10%-kal nőtt, ennek túlnyomó része (360 milliárd tonna) az üzemanyag elégetéséből származik. Ha a tüzelőanyag-égetés növekedési üteme folytatódik, akkor a következő 200-300 évben a légkörben lévő CO 2 mennyisége megkétszereződik, és globális klímaváltozáshoz vezethet.
A tüzelőanyag elégetése a szennyező gázok (СО,, SO 2) fő forrása. A kén-dioxidot a légköri oxigén SO 3 -dá, a nitrogén-oxidot NO 2 -dá oxidálja a felső légkörben, amelyek viszont kölcsönhatásba lépnek a vízgőzzel, és a keletkező kénsav H 2 SO 4 és salétromsav HNO 3 a Föld felszínére hullik. az úgynevezett savas eső formája. Használat
Kék bolygó...
Ennek a témának az elsők között kellett volna megjelennie az oldalon. Végül is a helikopterek légköri repülőgépek. A Föld légköre- úgymond élőhelyük :-). DE a levegő fizikai tulajdonságai csak határozza meg ennek az élőhelynek a minőségét :-). Szóval ez az egyik alap. És mindig az alapot írják először. De erre csak most jöttem rá. Azonban, mint tudod, jobb későn, mint soha... Érintse meg ezt a kérdést, de a vadonba kerülés és a felesleges nehézségek nélkül :-).
Így… A Föld légköre. Ez kék bolygónk gáznemű héja. Mindenki ismeri ezt a nevet. Miért kék? Egyszerűen azért, mert a napfény "kék" (valamint a kék és ibolya) komponense (spektruma) szóródik a legjobban a légkörben, így kékes-kékes, néha ibolyás árnyalattal színezi azt (persze napsütéses napon :-)) .
A Föld légkörének összetétele.
A légkör összetétele meglehetősen széles. Nem sorolom fel az összes komponenst a szövegben, erre van egy jó szemléltetés, ezeknek a gázoknak az összetétele szinte állandó, a szén-dioxid (CO 2 ) kivételével. Ezenkívül a légkör szükségszerűen tartalmaz vizet gőzök, lebegő cseppek vagy jégkristályok formájában. A víz mennyisége nem állandó, függ a hőmérséklettől és kisebb mértékben a légnyomástól. Ráadásul a Föld légköre (főleg a mostani) is tartalmaz bizonyos mennyiséget, mondhatnám "mindenféle mocskot" :-). Ezek SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, ezen kívül vannak még Hg higanygőzök. Igaz, mindez kis mennyiségben van, hál' istennek :-).
A Föld légköre Szokásos több, a felszín feletti magasságban egymást követő zónára osztani.
Az első, a Földhöz legközelebb eső a troposzféra. Ez a legalacsonyabb és mondhatni fő réteg a különféle típusok életében. A teljes légköri levegő tömegének 80%-át tartalmazza (bár térfogatát tekintve a teljes légkörnek csak körülbelül 1%-át teszi ki), és a légkör összes vízének körülbelül 90%-át. A legtöbb szél, felhő, eső és hó 🙂 onnan jön. A troposzféra a trópusi szélességeken körülbelül 18 km-es, a sarki szélességi körökön pedig akár 10 km-es magasságig terjed. A levegő hőmérséklete 100 m-enként körülbelül 0,65º-kal csökken.
légköri zónák.
A második zóna a sztratoszféra. Azt kell mondanom, hogy a troposzféra és a sztratoszféra között egy másik szűk zóna is megkülönböztethető - a tropopauza. Megállítja a hőmérséklet csökkenését a magassággal. A tropopauza átlagos vastagsága 1,5-2 km, határai azonban nem egyértelműek, és a troposzféra gyakran átfedi a sztratoszférát.
Tehát a sztratoszféra átlagos magassága 12-50 km. A hőmérséklet 25 km-ig változatlan marad (körülbelül -57 ° C), majd valahol 40 km-ig körülbelül 0 ° C-ra emelkedik, és tovább 50 km-ig változatlan marad. A sztratoszféra a Föld légkörének viszonylag csendes része. Gyakorlatilag nincsenek benne kedvezőtlen időjárási viszonyok. A híres ózonréteg a sztratoszférában található 15-20 km-től 55-60 km-ig.
Ezt egy kis határréteg sztratopauza követi, amelyben a hőmérséklet 0ºС körül marad, majd a következő zóna a mezoszféra. 80-90 km magasságig terjed, és körülbelül 80ºС-ra csökken benne a hőmérséklet. A mezoszférában általában kis meteorok válnak láthatóvá, amelyek izzani kezdenek benne, és ott kiégnek.
A következő szűk rés a mezopauza és azon túl a termoszféra zóna. Magassága eléri a 700-800 km-t. Itt a hőmérséklet ismét emelkedni kezd, és körülbelül 300 km-es magasságban elérheti az 1200 ° C-os nagyságrendű értékeket. Ezt követően állandó marad. Az ionoszféra körülbelül 400 km magasságig a termoszférában található. Itt a levegő erősen ionizált a napsugárzás hatására, és magas az elektromos vezetőképessége.
A következő és általában az utolsó zóna az exoszféra. Ez az úgynevezett szórási zóna. Itt főleg nagyon ritka hidrogén és hélium (a hidrogén túlsúlyával) van jelen. Körülbelül 3000 km-es magasságban az exoszféra a közeli űrvákuumba kerül.
Valahol így van. Miért kb? Mivel ezek a rétegek meglehetősen feltételesek. Különféle változások lehetségesek a magasságban, a gázok összetételében, a vízben, a hőmérsékletben, az ionizációban stb. Ezen kívül még sok más kifejezés határozza meg a föld légkörének szerkezetét és állapotát.
Például homoszféra és heteroszféra. Az elsőben a légköri gázok jól elegyednek, és összetételük meglehetősen homogén. A második az első felett található, és ott gyakorlatilag nincs ilyen keveredés. A gázokat a gravitáció választja el egymástól. E rétegek közötti határ 120 km-es magasságban található, és ezt turbopauzának nevezik.
Talán befejezzük a kifejezésekkel, de mindenképpen hozzáteszem, hogy hagyományosan feltételezik, hogy a légkör határa 100 km-es tengerszint feletti magasságban található. Ezt a határt Karman-vonalnak nevezik.
Mellékelek még két képet a légkör szerkezetének illusztrálására. Az első viszont németül van, de teljes és elég könnyen érthető :-). Nagyítható és jól átgondolható. A második a légköri hőmérséklet változását mutatja a magasság függvényében.
A Föld légkörének szerkezete.
A levegő hőmérsékletének változása a magassággal.
A modern emberes orbitális űrhajók körülbelül 300-400 km magasságban repülnek. Ez azonban már nem repülés, bár a terület persze bizonyos értelemben szorosan összefügg, és erről még biztosan szó lesz :-).
A repülési zóna a troposzféra. A modern légköri repülőgépek a sztratoszféra alsóbb rétegeiben is képesek repülni. Például a MIG-25RB praktikus mennyezete 23000 m.
Repülés a sztratoszférában.
És pontosan a levegő fizikai tulajdonságai a troposzférák határozzák meg, hogy milyen lesz a repülés, mennyire lesz hatékony a repülőgép irányítórendszere, milyen hatással lesz rá a légkör turbulenciája, hogyan működnek majd a hajtóművek.
Az első fő tulajdonság az levegő hőmérséklet. A gázdinamikában a Celsius-skálán vagy a Kelvin-skálán határozható meg.
Hőfok t1 adott magasságban H a Celsius-skálán meghatározzák:
t 1 \u003d t - 6,5N, ahol t a levegő hőmérséklete a talajon.
A Kelvin-skála szerinti hőmérsékletet ún abszolút hőmérséklet A nulla ezen a skálán abszolút nulla. Az abszolút nullánál a molekulák hőmozgása leáll. A Kelvin-skála abszolút nullája a Celsius-skálán -273º-nak felel meg.
Ennek megfelelően a hőmérséklet T magasan H a Kelvin-skálán a következőket határozzuk meg:
T = 273K + t - 6,5H
Levegő nyomás. A légköri nyomást Pascalban (N / m 2), a régi mérési rendszerben atmoszférában (atm.) mérik. Létezik olyan, hogy légnyomás. Ez a nyomás, amelyet higanybarométerrel mérnek higanymilliméterben. A légköri nyomás (tengerszinti nyomás) 760 Hgmm. Művészet. szabványnak nevezik. A fizikában 1 atm. éppen 760 Hgmm.
Légsűrűség. Az aerodinamikában a leggyakrabban használt fogalom a levegő tömegsűrűsége. Ez a levegő tömege 1 m3 térfogatban. A levegő sűrűsége a magassággal változik, a levegő ritkább lesz.
A levegő páratartalma. A levegőben lévő víz mennyiségét mutatja. Van egy koncepció" relatív páratartalom". Ez a vízgőz tömegének az adott hőmérsékleten lehetséges maximumához viszonyított aránya. A 0% fogalma, vagyis amikor a levegő teljesen száraz, általában csak a laboratóriumban létezhet. Másrészt a 100%-os páratartalom egészen valóságos. Ez azt jelenti, hogy a levegő felszívta az összes vizet, amit fel tudott venni. Valami olyan, mint egy teljesen "teli szivacs". A magas relatív páratartalom csökkenti a levegő sűrűségét, míg az alacsony relatív páratartalom ennek megfelelően növeli.
Tekintettel arra, hogy a repülőgépek repülései eltérő légköri viszonyok között zajlanak, repülési és aerodinamikai paramétereik egy repülési módban eltérőek lehetnek. Ezért ezen paraméterek helyes értékelése érdekében bevezettük Nemzetközi szabványos légkör (ISA). A levegő állapotának változását mutatja a magasság növekedésével.
A levegő nulla páratartalom melletti állapotának fő paraméterei a következők:
nyomás P = 760 Hgmm. Művészet. (101,3 kPa);
hőmérséklet t = +15°C (288 K);
tömegsűrűség ρ \u003d 1,225 kg / m 3;
Az ISA esetében azt feltételezzük (ahogy fentebb említettük :-)), hogy a troposzférában a hőmérséklet 0,65º-kal csökken minden 100 méter magasságban.
Normál légkör (például 10000 m-ig).
Az ISA táblázatokat műszerek kalibrálására, valamint navigációs és műszaki számításokra használják.
A levegő fizikai tulajdonságai olyan fogalmakat is tartalmaznak, mint a tehetetlenség, viszkozitás és összenyomhatóság.
A tehetetlenség a levegő olyan tulajdonsága, amely azt jellemzi, hogy ellenáll a nyugalmi állapot változásának vagy az egyenletes egyenes vonalú mozgásnak. . A tehetetlenség mértéke a levegő tömegsűrűsége. Minél magasabb, annál nagyobb a közeg tehetetlenségi és húzóereje, amikor a repülőgép mozog benne.
Viszkozitás. Meghatározza a levegővel szembeni súrlódási ellenállást a repülőgép mozgása során.
Az összenyomhatóság a levegő sűrűségének változását méri a nyomás változásával. A repülőgép alacsony sebességénél (450 km/h-ig) nincs nyomásváltozás, amikor a levegő áramlik körülötte, de nagy sebességnél kezd megjelenni az összenyomhatóság hatása. A szuperszonikusra gyakorolt hatása különösen kifejezett. Ez az aerodinamika külön területe és egy külön cikk témája :-).
Nos, úgy tűnik, egyelőre ennyi... Ideje befejezni ezt a kissé unalmas felsorolást, amitől azonban nem lehet eltekinteni :-). A Föld légköre, paraméterei, a levegő fizikai tulajdonságai ugyanolyan fontosak a repülőgép számára, mint maga az apparátus paraméterei, és nem lehetett nem említeni őket.
Egyelőre a következő találkozásokig és további érdekes témákig 🙂…
P.S. Desszertként azt javaslom, hogy nézzen meg egy videót, amely egy MIG-25PU iker pilótafülkéjéből készült, miközben a sztratoszférába repült. Nyilvánvalóan egy turista filmezte, akinek van pénze ilyen járatokra :-). Főleg a szélvédőn keresztül készült. Figyeld meg az ég színét...
A légkör az, ami lehetővé teszi az életet a Földön. A legelső információkat, tényeket az általános iskolai légkörről kapjuk. Középiskolában már jobban ismerjük ezt a fogalmat a földrajzórákon.
A légkör nemcsak a Földön van jelen, hanem más égitestekben is. Ez a neve a bolygókat körülvevő gáznemű héjnak. A különböző bolygók gázrétegének összetétele jelentősen eltér. Nézzük az alapvető információkat és tényeket az egyébként levegővel kapcsolatban.
Legfontosabb összetevője az oxigén. Egyesek tévesen azt gondolják, hogy a Föld légköre teljes egészében oxigénből áll, de a levegő valójában gázok keveréke. 78% nitrogént és 21% oxigént tartalmaz. A maradék egy százalék ózont, argont, szén-dioxidot, vízgőzt tartalmaz. Legyen kicsi ezeknek a gázoknak a százalékos aránya, de fontos funkciót töltenek be - elnyelik a nap sugárzási energiájának jelentős részét, ezáltal megakadályozzák, hogy a világítótest hamuvá változtassa bolygónkon az összes életet. A légkör tulajdonságai a magassággal változnak. Például 65 km-es magasságban a nitrogén 86%, az oxigén pedig 19%.
És a levegő hőmérséklete, sűrűsége és minőségi összetétele nem azonos különböző magasságokban. Emiatt a légkör különböző rétegeit szokás megkülönböztetni. Mindegyiknek megvan a maga sajátossága. Nézzük meg, hogy a légkör mely rétegei különböztethetők meg:
A Föld légköre és a világűr határvonala 100 km-es vonalnak számít. Ezt a vonalat Karman-vonalnak nevezik.
Az időjárás-előrejelzést hallgatva gyakran hallunk légnyomásértékeket. De mit jelent a légköri nyomás, és hogyan hathat ránk?
Rájöttünk, hogy a levegő gázokból és szennyeződésekből áll. Mindegyik összetevőnek megvan a maga súlya, ami azt jelenti, hogy a légkör nem súlytalan, ahogyan azt a 17. századig hitték. A légköri nyomás az az erő, amellyel a légkör minden rétege a Föld felszínét és az összes objektumot nyomja.
A tudósok összetett számításokat végeztek, és bebizonyították, hogy a légkör 10 333 kg-os erővel nyom egy négyzetmétert. Ez azt jelenti, hogy az emberi test légnyomásnak van kitéve, amelynek tömege 12-15 tonna. Miért nem érezzük? Megkíméli a belső nyomást, ami kiegyenlíti a külsőt. Repülőgépben vagy magasan a hegyekben érezheti a légkör nyomását, mivel a légköri nyomás a magasságban sokkal kisebb. Ebben az esetben fizikai kényelmetlenség, füldugás, szédülés lehetséges.
Sok mindent el lehet mondani a környező légkörről. Sok érdekes tényt tudunk róla, és ezek közül néhány meglepőnek tűnhet:
A légkör élettani zónája 5 km. 5000 m tengerszint feletti magasságban az ember oxigénéhezést kezd tapasztalni, ami munkaképességének csökkenésében és közérzetének romlásában fejeződik ki. Ez azt mutatja, hogy az ember nem tud túlélni olyan térben, ahol nem létezik ez a csodálatos gázkeverék.
A légkörrel kapcsolatos minden információ és tény csak megerősíti annak fontosságát az emberek számára. Jelenlétének köszönhetően megjelent a földi élet kialakulásának lehetősége. Már ma, miután felmértük, hogy az emberiség mekkora kárt tud cselekedeteivel az éltető levegőben okozni, el kell gondolkodnunk a légkör megőrzését és helyreállítását célzó további intézkedéseken.
