Atmosfera are o structură stratificată. Granițele dintre straturi nu sunt ascuțite și înălțimea lor depinde de latitudine și de perioada anului. Structura stratificată este rezultatul schimbărilor de temperatură la diferite altitudini. Vremea se formează în troposferă (mai jos la aproximativ 10 km: la aproximativ 6 km deasupra polilor și la peste 16 km deasupra ecuatorului). Iar limita superioară a troposoferei este mai înaltă vara decât iarna.
De la suprafața Pământului în sus, aceste straturi sunt:
troposfera
Stratosferă
Mezosfera
Termosferă
Exosfera
troposfera
Partea inferioară a atmosferei, până la o înălțime de 10-15 km, în care se concentrează 4/5 din masa totală aerul atmosferic, se numește troposferă. Este caracteristic că aici temperatura scade odată cu înălțimea cu o medie de 0,6°/100 m (în in unele cazuri Distribuția verticală a temperaturii variază foarte mult). Troposfera conține aproape toți vaporii de apă atmosferici și produce aproape toți norii. Turbulența este, de asemenea, foarte dezvoltată aici, în special în apropierea suprafeței pământului, precum și în așa-numitele curente cu jet din partea superioară a troposferei.
Înălțimea la care se extinde troposfera peste fiecare locație de pe Pământ variază de la o zi la alta. În plus, chiar și în medie variază la diferite latitudini și în diferite anotimpuri ale anului. În medie, troposfera anuală se extinde peste poli până la o înălțime de aproximativ 9 km, peste latitudini temperate până la 10-12 km și deasupra ecuatorului până la 15-17 km. Temperatura medie anuală a aerului la suprafața pământului este de aproximativ +26° la ecuator și de aproximativ -23° la polul nord. La limita superioară a troposferei deasupra ecuatorului, temperatura medie este de aproximativ -70°, deasupra Polului Nord iarna aproximativ -65°, iar vara aproximativ -45°.
Presiunea aerului la limita superioară a troposferei, corespunzătoare înălțimii acesteia, este de 5-8 ori mai mică decât la suprafața terestră. În consecință, cea mai mare parte a aerului atmosferic este situată în troposferă. Procesele care au loc în troposferă sunt direct și decisiv importante pentru vremea și clima de la suprafața pământului.
Toți vaporii de apă sunt concentrați în troposferă și de aceea toți norii se formează în troposferă. Temperatura scade cu altitudinea.
Razele soarelui trec cu ușurință prin troposferă, iar căldura care iradiază de pe Pământ, încălzită de razele soarelui, se acumulează în troposferă: gazele precum dioxidul de carbon, metanul și vaporii de apă rețin căldura. Acest mecanism de încălzire a atmosferei de pe Pământ, încălzită de radiația solară, se numește efect de seră. Tocmai pentru că sursa de căldură pentru atmosferă este Pământul, temperatura aerului scade odată cu înălțimea
Limita dintre troposfera turbulentă și stratosfera calmă se numește tropopauză. Aici se formează vânturile cu mișcare rapidă numite „jet streams”.
S-a presupus cândva că temperatura atmosferei scade deasupra troposoferei, dar măsurătorile în straturile înalte ale atmosferei au arătat că nu este așa: imediat deasupra tropopauzei temperatura este aproape constantă și apoi începe să crească.Orizontală puternică vânturile bat în stratosferă fără a forma turbulențe. Aerul din stratosferă este foarte uscat și, prin urmare, norii sunt rari. Se formează așa-numiții nori nacru.
Stratosfera este foarte importantă pentru viața de pe Pământ, deoarece în acest strat există o cantitate mică de ozon, care absoarbe radiațiile ultraviolete puternice, dăunătoare vieții. Prin absorbția radiațiilor ultraviolete, ozonul încălzește stratosfera.
Stratosferă
Deasupra troposferei până la o altitudine de 50-55 km se află stratosfera, caracterizată prin faptul că temperatura în ea, în medie, crește odată cu înălțimea. Stratul de tranziție dintre troposferă și stratosferă (1-2 km grosime) se numește tropopauză.
Mai sus au fost date despre temperatura la limita superioară a troposferei. Aceste temperaturi sunt, de asemenea, tipice pentru stratosfera inferioară. Astfel, temperatura aerului din stratosfera inferioară deasupra ecuatorului este întotdeauna foarte scăzută; Mai mult, vara este mult mai jos decât deasupra stâlpului.
Stratosfera inferioară este mai mult sau mai puțin izotermă. Dar, începând de la o altitudine de aproximativ 25 km, temperatura în stratosferă crește rapid odată cu altitudinea, atingând valori maxime pozitive la o altitudine de aproximativ 50 km (de la +10 la +30°). Datorită creșterii temperaturii cu altitudinea, turbulența în stratosferă este scăzută.
Există vapori de apă neglijabili în stratosferă. Cu toate acestea, la altitudini de 20-25 km acestea sunt uneori observate în latitudini mari foarte subțiri, așa-zișii nori nacru. Ziua nu sunt vizibile, dar noaptea par să strălucească, deoarece sunt iluminate de soare sub orizont. Acești nori sunt formați din picături de apă suprarăcite. Stratosfera se caracterizează și prin faptul că conține în principal ozon atmosferic, așa cum am menționat mai sus.
Mezosfera
Deasupra stratosferei se află stratul mezosferă, până la aproximativ 80 km. Aici temperatura scade odată cu altitudinea la câteva zeci de grade sub zero. Datorită scăderii rapide a temperaturii odată cu înălțimea, turbulența este foarte dezvoltată în mezosferă. La altitudini apropiate de limita superioară a mezosferei (75-90 km), se observă un alt tip special de nori, luminați tot de soare noaptea, așa-zișii noctilucenți. Cel mai probabil sunt compuse din cristale de gheață.
La limita superioară a mezosferei, presiunea aerului este de 200 de ori mai mică decât la suprafața pământului. Astfel, în troposferă, stratosferă și mezosferă împreună, până la o altitudine de 80 km, se află mai mult de 99,5% din masa totală a atmosferei. Straturile de deasupra reprezintă o cantitate neglijabilă de aer
La o altitudine de aproximativ 50 km deasupra Pământului, temperatura începe din nou să scadă, marcând limita superioară a stratosferei și începutul următorului strat, mezosfera. Mezosfera are cea mai rece temperatură din atmosferă: de la -2 la -138 de grade Celsius. Aici se află și cei mai înalți nori: pe vreme senină se văd la apus. Ele sunt numite noctilucente (strălucitoare noaptea).
Termosferă
Partea superioară a atmosferei, deasupra mezosferei, este caracterizată de temperaturi foarte ridicate și de aceea se numește termosferă. Cu toate acestea, în ea se disting două părți: ionosfera, care se întinde de la mezosferă până la altitudini de ordinul a o mie de kilometri, și partea exterioară situată deasupra ei - exosfera, care se transformă în coroana terestră.
Aerul din ionosferă este extrem de rarefiat. Am indicat deja că la altitudini de 300-750 km acesta densitate medie aproximativ 10-8-10-10 g/m3. Dar chiar și cu o densitate atât de mică, fiecare centimetru cub de aer la o altitudine de 300 km conține încă aproximativ un miliard (109) de molecule sau atomi, iar la o altitudine de 600 km - peste 10 milioane (107). Acesta este cu câteva ordine de mărime mai mare decât conținutul de gaze din spațiul interplanetar.
Ionosfera, așa cum spune și numele, se caracterizează printr-un grad foarte puternic de ionizare a aerului - conținutul de ioni de aici este de multe ori mai mare decât în straturile de dedesubt, în ciuda rarității generale puternice a aerului. Acești ioni sunt în principal atomi de oxigen încărcați, molecule de oxid nitric încărcate și electroni liberi. Conținutul lor la altitudini de 100-400 km este de aproximativ 1015-106 pe centimetru cub.
În ionosferă se disting mai multe straturi, sau regiuni, cu ionizare maximă, mai ales la altitudini de 100-120 km și 200-400 km. Dar chiar și în spațiile dintre aceste straturi, gradul de ionizare a atmosferei rămâne foarte ridicat. Poziția straturilor ionosferice și concentrația ionilor în ele se schimbă tot timpul. Acumulări sporadice de electroni cu în special concentrație mare se numesc nori de electroni.
Conductivitatea electrică a atmosferei depinde de gradul de ionizare. Prin urmare, în ionosferă, conductivitatea electrică a aerului este în general de 1012 ori mai mare decât cea a suprafeței pământului. Undele radio experimentează absorbția, refracția și reflexia în ionosferă. Undele cu o lungime mai mare de 20 m nu pot trece deloc prin ionosferă: sunt reflectate de straturi de electroni de concentrație scăzută în partea inferioară a ionosferei (la altitudini de 70-80 km). Undele medii și scurte sunt reflectate de straturile ionosferice de deasupra.
Este posibil datorită reflexiei din ionosferă comunicare la distanță lungă pe unde scurte. Reflexiile multiple din ionosferă și suprafața pământului permit undelor scurte să călătorească în zig-zag pe distanțe lungi, îndoindu-se în jurul suprafeței Glob. Deoarece poziția și concentrația straturilor ionosferice se schimbă constant, se schimbă și condițiile de absorbție, reflectare și propagare a undelor radio. Prin urmare, pentru comunicații radio fiabile, este necesar un studiu continuu al stării ionosferei. Observațiile propagării undelor radio sunt tocmai mijloacele unei astfel de cercetări.
În ionosferă, se observă aurore și strălucirea cerului nopții, care este aproape de ele în natură - luminescență constantă a aerului atmosferic, precum și fluctuații bruște ale câmpului magnetic - furtuni magnetice ionosferice.
Ionizarea în ionosferă își datorează existența acțiunii radiațiilor ultraviolete de la Soare. Absorbția sa de către moleculele gazelor atmosferice duce la formarea de atomi încărcați și electroni liberi, așa cum sa discutat mai sus. Fluctuațiile câmpului magnetic în ionosferă și aurore depind de fluctuațiile activității solare. Modificările activității solare sunt asociate cu modificări ale fluxului de radiații corpusculare care vin de la Soare în atmosfera terestră. Și anume, radiația corpusculară are o importanță primordială pentru aceste fenomene ionosferice.
Temperatura din ionosferă crește cu altitudinea până la foarte mult valori mari. La altitudini de aproximativ 800 km atinge 1000°.
Când vorbim de temperaturi ridicate în ionosferă, ne referim la faptul că particulele de gaze atmosferice se deplasează acolo cu viteze foarte mari. Cu toate acestea, densitatea aerului în ionosferă este atât de scăzută încât un corp situat în ionosferă, de exemplu un satelit zburător, nu va fi încălzit prin schimbul de căldură cu aerul. Regimul de temperatură al satelitului va depinde de absorbția directă a radiației solare și de eliberarea propriei radiații în spațiul înconjurător. Termosfera este situată deasupra mezosferei la o altitudine de 90 până la 500 km deasupra suprafeței Pământului. Moleculele de gaz de aici sunt foarte împrăștiate și absorb razele X și radiațiile ultraviolete cu lungime de undă scurtă. Din acest motiv, temperaturile pot ajunge la 1000 de grade Celsius.
Termosfera corespunde practic ionosferei, unde gazul ionizat reflectă undele radio înapoi pe Pământ, un fenomen care face posibile comunicațiile radio.
Exosfera
Peste 800-1000 km, atmosfera trece în exosferă și treptat în spațiul interplanetar. Vitezele de mișcare ale particulelor de gaz, în special ale celor ușoare, sunt foarte mari aici și, din cauza rarefării extreme a aerului la aceste altitudini, particulele pot zbura în jurul Pământului pe orbite eliptice fără a se ciocni unele de altele. Particulele individuale pot avea viteze suficiente pentru a depăși gravitația. Pentru particulele neîncărcate, viteza critică va fi de 11,2 km/sec. Astfel de particule deosebit de rapide pot, deplasându-se de-a lungul traiectoriilor hiperbolice, să zboare din atmosferă în spaţiul mondial, „alunecă departe”, risipi. Prin urmare, exosfera este numită și sferă de împrăștiere.
În cea mai mare parte, atomii de hidrogen, care sunt gazul dominant în cele mai înalte straturi ale exosferei, scapă.
Recent s-a presupus că exosfera, și odată cu ea atmosfera Pământului în general, se termină la altitudini de aproximativ 2000-3000 km. Dar din observațiile efectuate de rachete și sateliți, reiese că hidrogenul care scapă din exosferă formează ceea ce se numește coroana Pământului în jurul Pământului, extinzându-se pe mai mult de 20.000 km. Desigur, densitatea gazului din coroana pământului este neglijabilă. Pentru fiecare centimetru cub există în medie doar o mie de particule. Dar în spațiul interplanetar concentrația de particule (în principal protoni și electroni) este de cel puțin zece ori mai mică.
Cu ajutorul sateliților și rachetelor geofizice, existența în partea superioară a atmosferei și în spațiul apropiat al Pământului a centurii de radiații a Pământului, începând de la o altitudine de câteva sute de kilometri și extinzându-se pe zeci de mii de kilometri de suprafața pământului, s-a stabilit. Această centură este formată din particule încărcate electric - protoni și electroni, capturate camp magnetic Pământul și se deplasează cu viteze foarte mari. Energia lor este de ordinul a sute de mii de electroni volți. Centura de radiații pierde constant particule din atmosfera pământului și este completată de fluxurile de radiații corpusculare solare.
temperatura atmosferei stratosfera troposfera
Atmosfera este învelișul gazos al planetei noastre, care se rotește împreună cu Pământul. Gazul din atmosferă se numește aer. Atmosfera este în contact cu hidrosfera și acoperă parțial litosfera. Dar limitele superioare sunt greu de determinat. Este convențional acceptat că atmosfera se extinde în sus pe aproximativ trei mii de kilometri. Acolo curge lin în spațiul fără aer.
Formare compoziție chimică atmosfera a început în urmă cu aproximativ patru miliarde de ani. Inițial, atmosfera era formată doar din gaze ușoare - heliu și hidrogen. Potrivit oamenilor de știință, premisele inițiale pentru crearea unui înveliș de gaz în jurul Pământului au fost erupțiile vulcanice, care, împreună cu lava, au ejectat. o cantitate mare gazele Ulterior, a început schimbul de gaze spatii de apa, cu organismele vii, cu produsele activităților lor. Compoziția aerului s-a schimbat treptat și formă modernăînregistrat în urmă cu câteva milioane de ani.
Principalele componente ale atmosferei sunt azotul (aproximativ 79%) și oxigenul (20%). Procentul rămas (1%) este alcătuit din următoarele gaze: argon, neon, heliu, metan, dioxid de carbon, hidrogen, cripton, xenon, ozon, amoniac, dioxizi de sulf și azot, protoxid de azot și monoxid de carbon, care sunt incluse. în acest unu la sută.
În plus, aerul conține vapori de apă și particule (polen, praf, cristale de sare, impurități de aerosoli).
ÎN În ultima vreme oamenii de știință notează nu calitativ, dar schimbare cantitativă unele ingrediente de aer. Iar motivul pentru aceasta este omul și activitățile sale. Numai în ultimii 100 de ani, nivelul de dioxid de carbon a crescut semnificativ! Aceasta este plină de multe probleme, dintre care cea mai globală este schimbările climatice.
Atmosfera joacă un rol esențial în modelarea climei și a vremii de pe Pământ. Multe depind de cantitatea de lumină solară, de natura suprafeței subiacente și de circulația atmosferică.
Să ne uităm la factorii în ordine.
1. Atmosfera transmite căldura razelor solare și absoarbe radiațiile nocive. Grecii antici știau că razele Soarelui cad pe diferite părți ale Pământului în unghiuri diferite. Cuvântul „climă” însuși tradus din greaca veche înseamnă „pantă”. Deci, la ecuator, razele soarelui cad aproape vertical, motiv pentru care aici este foarte cald. Cu cât este mai aproape de poli, cu atât unghiul de înclinare este mai mare. Și temperatura scade.
2. Din cauza încălzirii neuniforme a Pământului, în atmosferă se formează curenți de aer. Sunt clasificate în funcție de mărimea lor. Cele mai mici (zeci și sute de metri) sunt vânturile locale. Acesta este urmat de musoni și alizee, cicloni și anticicloni și zone frontale planetare.
Toate acestea masele de aerîn mișcare constantă. Unele dintre ele sunt destul de statice. De exemplu, vânturile alice care sufla din subtropicale spre ecuator. Mișcarea celorlalți depinde în mare măsură de presiunea atmosferică.
3. Presiunea atmosferică este un alt factor care influențează formarea climatului. Aceasta este presiunea aerului pe suprafața pământului. După cum se știe, masele de aer se deplasează dintr-o zonă cu presiune atmosferică ridicată către o zonă în care această presiune este mai mică.
În total sunt alocate 7 zone. Ecuatorul este o zonă de joasă presiune. În plus, de ambele părți ale ecuatorului până la latitudinile treizeci există o zonă de înaltă presiune. De la 30° la 60° - presiune joasă din nou. Și de la 60° la poli este o zonă de înaltă presiune. Masele de aer circulă între aceste zone. Cei care vin de la mare la uscat aduc ploi și vreme rea, iar cei care sufla de pe continente aduc vreme senină și uscată. În locurile în care curenții de aer se ciocnesc, se formează zonele frontale atmosferice, care se caracterizează prin precipitații și vreme nefavorabilă, cu vânt.
Oamenii de știință au demonstrat că chiar și bunăstarea unei persoane depinde de presiunea atmosferică. De standarde internaționale presiunea atmosferică normală este de 760 mm Hg. coloană la o temperatură de 0°C. Acest indicator este calculat pentru acele suprafețe de teren care sunt aproape la nivel cu nivelul mării. Odată cu altitudinea presiunea scade. Prin urmare, de exemplu, pentru Sankt Petersburg 760 mm Hg. - asta e norma. Dar pentru Moscova, care este situată mai sus, presiunea normală este de 748 mm Hg.
Presiunea se schimbă nu numai pe verticală, ci și pe orizontală. Acest lucru se simte mai ales în timpul trecerii cicloanelor.
Atmosfera amintește de un tort stratificat. Și fiecare strat are propriile sale caracteristici.
. troposfera- stratul cel mai apropiat de Pământ. „Grosimea” acestui strat se modifică odată cu distanța de la ecuator. Deasupra ecuatorului, stratul se extinde în sus cu 16-18 km, în zonele temperate cu 10-12 km, la poli cu 8-10 km.
Aici sunt conținute 80% din masa totală de aer și 90% din vaporii de apă. Aici se formează nori, se ridică cicloni și anticicloni. Temperatura aerului depinde de altitudinea zonei. În medie, scade cu 0,65° C la fiecare 100 de metri.
. Tropopauza- stratul de tranziție al atmosferei. Înălțimea sa variază de la câteva sute de metri până la 1-2 km. Temperatura aerului vara este mai mare decât iarna. De exemplu, deasupra polilor iarna este -65° C. Iar deasupra ecuatorului este -70° C în orice moment al anului.
. Stratosferă- acesta este un strat a cărui limită superioară se află la o altitudine de 50-55 de kilometri. Turbulența aici este scăzută, conținutul de vapori de apă din aer este neglijabil. Dar există mult ozon. Concentrația sa maximă este la o altitudine de 20-25 km. În stratosferă, temperatura aerului începe să crească și ajunge la +0,8° C. Acest lucru se datorează faptului că stratul de ozon interacționează cu radiația ultravioletă.
. Stratopauza- un strat intermediar jos între stratosferă și mezosferă care îl urmează.
. Mezosfera- limita superioară a acestui strat este de 80-85 de kilometri. Aici au loc procese fotochimice complexe care implică radicali liberi. Ei sunt cei care oferă acea strălucire albastră blândă a planetei noastre, care este văzută din spațiu.
Majoritatea cometelor și meteoriților ard în mezosferă.
. Mezopauza- următorul strat intermediar, temperatura aerului în care este de cel puțin -90°.
. Termosferă- limita inferioară începe la o altitudine de 80 - 90 km, iar limita superioară a stratului trece aproximativ la 800 km. Temperatura aerului crește. Poate varia de la +500° C la +1000° C. În timpul zilei, fluctuațiile de temperatură se ridică la sute de grade! Dar aerul de aici este atât de rarefiat încât să înțelegem termenul „temperatură” așa cum ne imaginăm că nu este adecvat aici.
. ionosferă- combina mezosfera, mezopauza si termosfera. Aerul de aici este format în principal din molecule de oxigen și azot, precum și din plasmă cvasi-neutră. Razele soarelui care intră în ionosferă ionizează puternic moleculele de aer. În stratul inferior (până la 90 km) gradul de ionizare este scăzut. Cu cât este mai mare, cu atât ionizarea este mai mare. Deci, la o altitudine de 100-110 km, electronii sunt concentrați. Acest lucru ajută la reflectarea undelor radio scurte și medii.
Cel mai important strat al ionosferei este cel superior, care se află la o altitudine de 150-400 km. Particularitatea sa este că reflectă undele radio, iar acest lucru facilitează transmiterea semnalelor radio pe distanțe considerabile.
În ionosferă are loc un astfel de fenomen precum aurora.
. Exosfera- constă din atomi de oxigen, heliu și hidrogen. Gazul din acest strat este foarte rarefiat și atomii de hidrogen scapă adesea în spațiul cosmic. Prin urmare, acest strat este numit „zonă de dispersie”.
Primul om de știință care a sugerat că atmosfera noastră are greutate a fost italianul E. Torricelli. Ostap Bender, de exemplu, în romanul său „Vițelul de aur” a deplâns că fiecare persoană este presată de o coloană de aer care cântărește 14 kg! Dar marele intrigator s-a înșelat puțin. Un adult se confruntă cu o presiune de 13-15 tone! Dar nu simțim această greutate, deoarece presiunea atmosferică este echilibrată de presiunea internă a unei persoane. Greutatea atmosferei noastre este de 5.300.000.000.000.000 de tone. Cifra este colosală, deși este doar o milioneme din greutatea planetei noastre.
1 / 5
✪ Nava spațială Pământ (Episodul 14) - Atmosferă
✪ De ce atmosfera nu a fost trasă în vidul spațiului?
✪ Intrarea navei spațiale Soyuz TMA-8 în atmosfera Pământului
✪ Structura atmosferei, sensul, studiul
✪ O. S. Ugolnikov „Atmosfera superioară. Întâlnirea Pământului și a spațiului”
Atmosfera este considerată acea regiune din jurul Pământului în care mediul gazos se rotește împreună cu Pământul ca un întreg. Atmosfera trece în spațiul interplanetar treptat, în exosferă, începând de la o altitudine de 500-1000 km de suprafața Pământului.
Conform definiției propuse de Federația Internațională a Aviației, granița atmosferei și spațiului este trasată de-a lungul liniei Karman, situată la o altitudine de aproximativ 100 km, deasupra căreia zborurile aviatice devin complet imposibile. NASA folosește marcajul de 122 de kilometri (400.000 de picioare) ca limită atmosferică, unde navetele trec de la manevrarea motorizată la manevrarea aerodinamică.
Pe lângă gazele indicate în tabel, atmosfera conține Cl 2, SO 2, NH 3, CO, O 3, NO 2, hidrocarburi, HCl, HBr, vapori, I 2, Br 2, precum și multe alte gaze în cantități mici cantități. Troposfera conține în mod constant o cantitate mare de particule solide și lichide în suspensie (aerosoli). Cel mai rar gaz din atmosfera Pământului este radonul (Rn).
Stratul inferior al troposferei (1-2 km grosime), în care starea și proprietățile suprafeței Pământului afectează direct dinamica atmosferei.
Limita sa superioară se află la o altitudine de 8-10 km în latitudini polare, 10-12 km în latitudinile temperate și 16-18 km în latitudini tropicale; mai scăzut iarna decât vara.
Stratul principal inferior al atmosferei conține mai mult de 80% din masa totală a aerului atmosferic și aproximativ 90% din toți vaporii de apă prezenți în atmosferă. Turbulența și convecția sunt foarte dezvoltate în troposferă, apar norii și se dezvoltă cicloni și anticicloni. Temperatura scade odată cu creșterea altitudinii cu un gradient vertical mediu de 0,65°/100 metri.
Stratul de tranziție de la troposferă la stratosferă, un strat al atmosferei în care scăderea temperaturii odată cu înălțimea încetează.
Un strat al atmosferei situat la o altitudine de 11 până la 50 km. Caracterizat printr-o ușoară modificare a temperaturii în stratul de 11-25 km (stratul inferior al stratosferei) și o creștere a temperaturii în stratul de 25-40 km de la -56,5 la +0,8 ° (stratul superior al stratosferei sau regiunea de inversare) . Atinsă o valoare de aproximativ 273 K (aproape 0 °C) la o altitudine de aproximativ 40 km, temperatura rămâne constantă până la o altitudine de aproximativ 55 km. Această regiune cu temperatură constantă se numește stratopauză și este granița dintre stratosferă și mezosferă.
Stratul limită al atmosferei dintre stratosferă și mezosferă. În distribuția verticală a temperaturii există un maxim (aproximativ 0 °C).
Limita superioară este de aproximativ 800 km. Temperatura se ridică la altitudini de 200-300 km, unde atinge valori de ordinul a 1500 K, după care rămâne aproape constantă până la altitudini mari. Sub influența radiației solare și a radiației cosmice, are loc ionizarea aerului („aurore”) - principalele regiuni ale ionosferei se află în interiorul termosferei. La altitudini de peste 300 km predomină oxigenul atomic. Limita superioară a termosferei este determinată în mare măsură de activitatea curentă a Soarelui. În perioadele de activitate scăzută - de exemplu, în 2008-2009 - există o scădere vizibilă a dimensiunii acestui strat.
Regiunea atmosferei adiacentă deasupra termosferei. În această regiune, absorbția radiației solare este neglijabilă, iar temperatura nu se modifică efectiv odată cu altitudinea.
Până la o altitudine de 100 km, atmosfera este un amestec omogen, bine amestecat de gaze. În straturile superioare, distribuția gazelor după înălțime depinde de greutățile moleculare ale acestora; concentrația de gaze mai grele scade mai repede cu distanța de la suprafața Pământului. Datorită scăderii densității gazelor, temperatura scade de la 0 °C în stratosferă la −110 °C în mezosferă. Cu toate acestea, energia cinetică a particulelor individuale la altitudini de 200-250 km corespunde unei temperaturi de ~150 °C. Peste 200 km se observă fluctuații semnificative ale temperaturii și densității gazelor în timp și spațiu.
La o altitudine de aproximativ 2000-3500 km, exosfera se transformă treptat în așa-numita în apropierea vidului spațial, care este umplut cu particule rare de gaz interplanetar, în principal atomi de hidrogen. Dar acest gaz reprezintă doar o parte din materia interplanetară. Cealaltă parte este formată din particule de praf de origine cometă și meteorică. Pe lângă particulele de praf extrem de rarefiate, în acest spațiu pătrunde radiațiile electromagnetice și corpusculare de origine solară și galactică.
Troposfera reprezintă aproximativ 80% din masa atmosferei, stratosfera - aproximativ 20%; masa mezosferei - nu mai mult de 0,3%, termosferei - mai puțin de 0,05% din masa totala atmosfera.
Pe baza proprietăților electrice din atmosferă, ele disting neutrosferăȘi ionosferă .
În funcție de compoziția gazului din atmosferă, ele emit homosferăȘi heterosferă. Heterosferă- Aceasta este zona în care gravitația afectează separarea gazelor, deoarece amestecul lor la o astfel de altitudine este neglijabil. Aceasta implică o compoziție variabilă a heterosferei. Sub ea se află o parte bine amestecată, omogenă a atmosferei, numită homosferă. Limita dintre aceste straturi se numește turbopauză, se află la o altitudine de aproximativ 120 km.
Deja la o altitudine de 5 km deasupra nivelului mării, o persoană neantrenată începe să se confrunte cu înfometarea de oxigen și, fără adaptare, performanța unei persoane este redusă semnificativ. Zona fiziologică a atmosferei se termină aici. Respirația omului devine imposibilă la o altitudine de 9 km, deși până la aproximativ 115 km atmosfera conține oxigen.
Atmosfera ne furnizează oxigenul necesar pentru respirație. Cu toate acestea, din cauza scăderii presiunii totale a atmosferei, pe măsură ce vă ridicați la altitudine, presiunea parțială a oxigenului scade în mod corespunzător.
Conform teoriei celei mai comune, atmosfera Pământului a fost de trei ori mai mare de-a lungul istoriei sale. diverse compoziții. Inițial, a constat din gaze ușoare (hidrogen și heliu) captate din spațiul interplanetar. Acesta este așa-numitul atmosfera primara. Pe următoarea etapă activitatea vulcanică activă a dus la saturarea atmosferei cu alte gaze decât hidrogenul (dioxid de carbon, amoniac, vapori de apă). Așa s-a format atmosfera secundara. Această atmosferă era reconfortantă. În plus, procesul de formare a atmosferei a fost determinat de următorii factori:
Treptat, acești factori au dus la formare atmosfera tertiara, caracterizată printr-un conținut mult mai scăzut de hidrogen și un conținut mult mai mare de azot și dioxid de carbon (format ca urmare a reacțiilor chimice din amoniac și hidrocarburi).
Educaţie cantitate mare azotul N 2 se datorează oxidării atmosferei de amoniac-hidrogen de către oxigenul molecular O 2, care a început să iasă de la suprafața planetei ca urmare a fotosintezei, începând cu 3 miliarde de ani. Azotul N2 este, de asemenea, eliberat în atmosferă ca urmare a denitrificării nitraților și a altor compuși care conțin azot. Azotul este oxidat de ozon la NO în atmosfera superioară.
Azotul N 2 reacționează numai în condiții specifice (de exemplu, în timpul descărcării unui fulger). Oxidarea azotului molecular de către ozon în timpul descărcărilor electrice este utilizată în cantități mici în producția industrială de îngrășăminte cu azot. Cianobacterii (alge albastru-verzi) și bacterii nodulare, care formează simbioză rizobială cu plantele leguminoase, care pot fi eficiente gunoi de grajd verzi - plante care nu epuizează, dar îmbogățesc solul cu îngrășăminte naturale, îl pot oxida cu un consum redus de energie și îl pot transforma într-o formă biologic activă.
Compoziția atmosferei a început să se schimbe radical odată cu apariția organismelor vii pe Pământ ca urmare a fotosintezei, însoțită de eliberarea de oxigen și absorbția de dioxid de carbon. Inițial, oxigenul a fost cheltuit pentru oxidarea compușilor reduși - amoniac, hidrocarburi, formă feroasă de fier conținută în oceane și altele. La sfârșitul această etapă Conținutul de oxigen din atmosferă a început să crească. Treptat, s-a format o atmosferă modernă cu proprietăți oxidante. Întrucât acest lucru a cauzat grav și schimbari bruste multe procese care au loc în atmosferă, litosferă și biosferă, acest eveniment a fost numit Catastrofa oxigenului.
Recent, oamenii au început să influențeze evoluția atmosferei. Rezultatul activității umane a fost o creștere constantă a conținutului de dioxid de carbon din atmosferă datorită arderii combustibililor hidrocarburi acumulați în erele geologice anterioare. Cantități enorme de CO 2 sunt consumate în timpul fotosintezei și absorbite de oceanele lumii. Acest gaz pătrunde în atmosferă datorită descompunerii rocilor carbonatice și a substanțelor organice de origine vegetală și animală, precum și din cauza vulcanismului și activitati de productie persoană. În ultimii 100 de ani, conținutul de CO 2 din atmosferă a crescut cu 10%, cea mai mare parte (360 de miliarde de tone) provenind din arderea combustibilului. Dacă ritmul de creștere a arderii combustibilului continuă, atunci în următorii 200-300 de ani cantitatea de CO 2 din atmosferă se va dubla și ar putea duce la schimbări climatice globale.
Arderea combustibilului este principala sursă de gaze poluante (CO, SO2). Dioxidul de sulf este oxidat de oxigenul atmosferic la SO 3, iar oxidul de azot la NO 2 în straturile superioare ale atmosferei, care la rândul lor interacționează cu vaporii de apă, iar acidul sulfuric rezultat H 2 SO 4 și acidul azotic HNO 3 cad în suprafața Pământului sub forma așa-numitei ploaie acide. Utilizare
Planeta albastra...
Acest subiect ar fi trebuit să fie unul dintre primele apărute pe site. La urma urmei, elicopterele sunt aeronave atmosferice. Atmosfera Pământului– habitatul lor, ca să spunem așa:-). A proprietățile fizice ale aerului Tocmai asta determină calitatea acestui habitat :-). Adică acesta este unul dintre elementele de bază. Și ei scriu întotdeauna despre bază mai întâi. Dar mi-am dat seama de asta abia acum. Totuși, după cum știți, este mai bine mai târziu decât niciodată... Să atingem această problemă, fără a intra în buruieni și complicații inutile :-).
Asa de… Atmosfera Pământului. Aceasta este învelișul gazos al planetei noastre albastre. Toată lumea știe acest nume. De ce albastru? Pur și simplu pentru că componenta „albastru” (precum și albastru și violet) a luminii solare (spectrul) este cel mai bine împrăștiată în atmosferă, colorându-l astfel albăstrui-albăstrui, uneori cu o nuanță de violet (într-o zi însorită, desigur :-)) .
Compoziția atmosferei Pământului.
Compoziția atmosferei este destul de largă. Nu voi enumera toate componentele din text, există o ilustrare bună pentru aceasta. Compoziția tuturor acestor gaze este aproape constantă, cu excepția dioxidului de carbon (CO 2 ). În plus, atmosfera conține în mod necesar apă sub formă de vapori, picături în suspensie sau cristale de gheață. Cantitatea de apă nu este constantă și depinde de temperatură și, în într-o măsură mai mică, de la presiunea aerului. În plus, atmosfera Pământului (în special cea actuală) conține o anumită cantitate de, aș spune, „tot felul de lucruri urâte” :-). Acestea sunt SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, în plus există vapori de mercur Hg. Adevărat, toate acestea sunt acolo în cantități mici, slavă Domnului :-).
Atmosfera Pământuluiîmpărțit de obicei în mai multe următorul prieten unul în spatele celuilalt în înălțime deasupra suprafeței zonelor.
Prima, cea mai apropiată de pământ, este troposfera. Acesta este cel mai de jos și, ca să spunem așa, stratul principal pentru viață. tipuri diferite. Conține 80% din masa întregului aer atmosferic (deși în volum este doar aproximativ 1% din întreaga atmosferă) și aproximativ 90% din toată apa atmosferică. Cea mai mare parte a vântului, norilor, ploii și zăpezii 🙂 provin de acolo. Troposfera se extinde la altitudini de aproximativ 18 km la latitudini tropicale și până la 10 km la latitudini polare. Temperatura aerului din acesta scade odată cu creșterea înălțimii cu aproximativ 0,65 ° C la fiecare 100 m.
Zonele atmosferice.
Zona a doua - stratosferă. Trebuie spus că între troposferă și stratosferă există o altă zonă îngustă - tropopauza. Oprește scăderea temperaturii odată cu înălțimea. Tropopauza are o grosime medie de 1,5-2 km, dar limitele sale sunt neclare, iar troposfera se suprapune adesea cu stratosfera.
Deci stratosfera are o înălțime medie de 12 km până la 50 km. Temperatura din el rămâne neschimbată până la 25 km (aproximativ -57ºС), apoi undeva până la 40 km se ridică la aproximativ 0ºС și apoi rămâne neschimbată până la 50 km. Stratosfera este o parte relativ calmă a atmosferei pământului. Nefavorabil vreme este practic absent. În stratosferă se află celebrul strat de ozon la altitudini de la 15-20 km până la 55-60 km.
Acesta este urmat de un mic strat limită, stratopauza, în care temperatura rămâne în jurul valorii de 0ºC, iar apoi zona următoare este mezosfera. Se extinde la altitudini de 80-90 km, iar în el temperatura scade la aproximativ 80ºC. În mezosferă, de obicei devin vizibili meteoriți mici, care încep să strălucească în ea și să ard acolo sus.
Următorul interval îngust este mezopauza și dincolo de ea zona termosferei. Înălțimea sa este de până la 700-800 km. Aici temperatura începe să crească din nou și la altitudini de aproximativ 300 km pot atinge valori de ordinul a 1200ºС. Apoi rămâne constantă. În interiorul termosferei, până la o altitudine de aproximativ 400 km, se află ionosfera. Aici aerul este puternic ionizat din cauza expunerii la radiația solară și are o conductivitate electrică ridicată.
Următoarea și, în general, ultima zonă este exosfera. Aceasta este așa-numita zonă de împrăștiere. Aici, există în principal hidrogen și heliu foarte rarefiat (cu o predominanță a hidrogenului). La altitudini de aproximativ 3000 km, exosfera trece în vidul spațial apropiat.
Ceva de genul. De ce aproximativ? Pentru că aceste straturi sunt destul de convenționale. Sunt posibile diferite modificări ale altitudinii, compoziției gazelor, apei, temperaturii, ionizării și așa mai departe. În plus, există mult mai mulți termeni care definesc structura și starea atmosferei pământului.
De exemplu, homosferă și heterosferă. În primul, gazele atmosferice sunt bine amestecate și compoziția lor este destul de omogenă. Al doilea este situat deasupra primului și practic nu există o astfel de amestecare acolo. Gazele din el sunt separate prin gravitație. Limita dintre aceste straturi este situată la o altitudine de 120 km și se numește turbopauză.
Să terminăm cu termenii, dar cu siguranță voi adăuga că este convențional acceptat că limita atmosferei este situată la o altitudine de 100 km deasupra nivelului mării. Această graniță se numește Linia Karman.
Voi adăuga încă două imagini pentru a ilustra structura atmosferei. Prima, insa, este in germana, dar este completa si destul de usor de inteles :-). Poate fi mărită și văzută clar. Al doilea arată schimbarea temperaturii atmosferice cu altitudinea.
Structura atmosferei Pământului.
Temperatura aerului se modifică odată cu altitudinea.
Navele spațiale orbitale moderne cu echipaj zboară la altitudini de aproximativ 300-400 km. Totuși, aceasta nu mai este aviație, deși zona, desigur, este strâns legată într-un anume sens și despre asta cu siguranță vom vorbi mai târziu :-).
Zona de aviație este troposfera. Avioanele moderne atmosferice pot zbura și în straturile inferioare ale stratosferei. De exemplu, plafonul practic al MIG-25RB este de 23.000 m.
Zbor în stratosferă.
Și exact proprietățile fizice ale aerului Troposfera determină cum va fi zborul, cât de eficient va fi sistemul de control al aeronavei, cum îl vor afecta turbulențele din atmosferă și cum vor funcționa motoarele.
Prima proprietate principală este temperatura aerului. În dinamica gazelor, acesta poate fi determinat pe scara Celsius sau pe scara Kelvin.
Temperatura t 1 la o înălțime dată N pe scara Celsius este determinată de:
t1 = t - 6,5N, Unde t– temperatura aerului în apropierea solului.
Se numește temperatura pe scara Kelvin temperatura absolută, zero pe această scară este zero absolut. La zero absolut, mișcarea termică a moleculelor se oprește. Zero absolut pe scara Kelvin corespunde cu -273º pe scara Celsius.
În consecință, temperatura T la inaltime N pe scara Kelvin este determinată de:
T = 273K + t-6,5H
Presiunea aerului. Presiunea atmosferică se măsoară în pascali (N/m2), în vechiul sistem de măsurare în atmosfere (atm.). Există, de asemenea, presiunea barometrică. Aceasta este presiunea măsurată în milimetri de mercur folosind un barometru cu mercur. Presiunea barometrică (presiune la nivelul mării) egală cu 760 mmHg. Artă. numit standard. La fizica 1 atm. exact egal cu 760 mm Hg.
Densitatea aerului. În aerodinamică, conceptul cel mai des folosit este densitatea masei aerului. Aceasta este masa de aer în 1 m3 de volum. Densitatea aerului se modifică odată cu altitudinea, aerul devine mai rarefiat.
Umiditatea aerului. Afișează cantitatea de apă din aer. Există un concept" umiditate relativă" Acesta este raportul dintre masa vaporilor de apă și maximul posibil la o anumită temperatură. Conceptul de 0%, adică atunci când aerul este complet uscat, poate exista doar în laborator. Pe de altă parte, 100% umiditate este destul de posibilă. Aceasta înseamnă că aerul a absorbit toată apa pe care ar putea-o absorbi. Ceva de genul unui „burete complet”. Umiditatea relativă ridicată reduce densitatea aerului, în timp ce umiditatea relativă scăzută o crește.
Datorită faptului că zborurile cu aeronave au loc în condiții atmosferice diferite, parametrii lor de zbor și aerodinamici în același mod de zbor pot fi diferiți. Prin urmare pentru evaluare corectă aceşti parametri sunt introduşi Atmosferă standard internațională (ISA). Arată schimbarea stării aerului odată cu creșterea altitudinii.
Parametrii de bază ai condiției aerului la umiditate zero sunt luați după cum urmează:
presiunea P = 760 mm Hg. Artă. (101,3 kPa);
temperatura t = +15°C (288 K);
densitatea masei ρ = 1,225 kg/m 3 ;
Pentru ISA se acceptă (cum s-a menționat mai sus :-)) că temperatura scade în troposferă cu 0,65º pentru fiecare 100 de metri de altitudine.
Atmosferă standard (de exemplu până la 10.000 m).
Tabelele MSA sunt folosite pentru calibrarea instrumentelor, precum și pentru calcule de navigație și inginerie.
Proprietățile fizice ale aerului include, de asemenea, concepte precum inerția, vâscozitatea și compresibilitatea.
Inerția este o proprietate a aerului care îi caracterizează capacitatea de a rezista modificărilor stării sale de repaus sau mișcării liniare uniforme. . O măsură a inerției este densitatea masei aerului. Cu cât este mai mare, cu atât este mai mare forța de inerție și rezistență a mediului atunci când aeronava se deplasează în el.
Viscozitate Determină rezistența la frecarea aerului atunci când aeronava este în mișcare.
Compresibilitatea determină modificarea densității aerului cu modificările presiunii. La viteze mici aeronave(până la 450 km/h) nu există nicio modificare a presiunii atunci când aerul curge în jurul lui, dar la viteze mari începe să apară efectul de compresibilitate. Influența sa este vizibilă mai ales la viteze supersonice. Aceasta este o zonă separată de aerodinamică și un subiect pentru un articol separat :-).
Ei bine, asta pare a fi tot deocamdata... E timpul sa terminam aceasta enumerare usor plictisitoare, care insa nu poate fi evitata :-). Atmosfera Pământului, parametrii săi, proprietățile fizice ale aerului sunt la fel de importanți pentru aeronavă ca și parametrii dispozitivului în sine și nu pot fi ignorați.
Pa, până la următoarele întâlniri și subiecte mai interesante :) ...
P.S. Pentru desert, vă sugerez să vizionați un videoclip filmat din cabina unui geamăn MIG-25PU în timpul zborului său în stratosferă. Se pare ca a fost filmat de un turist care are bani pentru astfel de zboruri :-). În mare parte, totul a fost filmat prin parbriz. Atentie la culoarea cerului...
Atmosfera este cea care face posibilă viața pe Pământ. Primim primele informații și fapte despre atmosfera din nou școală primară. În liceu, ne familiarizăm mai mult cu acest concept la lecțiile de geografie.
Nu numai Pământul, ci și alte corpuri cerești au atmosferă. Acesta este numele dat învelișului gazos care înconjoară planetele. Compoziția acestui strat de gaz planete diferite este semnificativ diferit. Să ne uităm la informațiile de bază și la faptele despre altfel numit aer.
Componenta sa cea mai importantă este oxigenul. Unii oameni cred în mod eronat că atmosfera pământului este formată în întregime din oxigen, dar, de fapt, aerul este un amestec de gaze. Conține 78% azot și 21% oxigen. Restul de unu procent include ozon, argon, dioxid de carbon și vapori de apă. Lăsa procent Aceste gaze sunt în număr mic, dar îndeplinesc o funcție importantă - absorb parte semnificativă energie radiantă solară, împiedicând astfel luminarul să transforme toată viața de pe planeta noastră în cenuşă. Proprietățile atmosferei se modifică în funcție de altitudine. De exemplu, la o altitudine de 65 km, azotul este de 86%, iar oxigenul este de 19%.
Temperatura, densitatea și compoziția calitativă a aerului nu sunt aceleași la diferite altitudini. Din acest motiv, se obișnuiește să se distingă diferite straturi ale atmosferei. Fiecare dintre ele are propriile sale caracteristici. Să aflăm ce straturi ale atmosferei se disting:
Limita dintre atmosfera pământului și spațiul cosmic este considerată a fi de 100 km. Această linie se numește linia Karman.
Când ascultăm prognoza meteo, auzim adesea citiri ale presiunii barometrice. Dar ce înseamnă presiunea atmosferică și cum ne poate afecta?
Ne-am dat seama că aerul este format din gaze și impurități. Fiecare dintre aceste componente are propria greutate, ceea ce înseamnă că atmosfera nu este lipsită de greutate, așa cum se credea până în secolul al XVII-lea. Presiunea atmosferică este forța cu care toate straturile atmosferei apasă pe suprafața Pământului și asupra tuturor obiectelor.
Oamenii de știință au condus calcule complexeși a dovedit că unul metru patrat zona în care atmosfera presează cu o forță de 10.333 kg. Aceasta înseamnă că corpul uman este supus presiunii aerului, a cărei greutate este de 12-15 tone. De ce nu simțim asta? Presiunea noastră internă este cea care ne salvează, care echilibrează exteriorul. Puteți simți presiunea atmosferei în timp ce vă aflați într-un avion sau în munți, deoarece presiunea atmosferică la altitudine este mult mai mică. În acest caz, sunt posibile disconfort fizic, urechi blocate și amețeli.
Se pot spune multe despre atmosfera din jur. Știm multe despre ea fapte interesante, iar unele dintre ele pot părea surprinzătoare:
Zona fiziologică a atmosferei este de 5 km. La o altitudine de 5000 m deasupra nivelului mării, o persoană începe să sufere de foamete de oxigen, care se exprimă printr-o scădere a performanței sale și o deteriorare a bunăstării. Acest lucru arată că o persoană nu poate supraviețui într-un spațiu în care nu există acest amestec uimitor de gaze.
Toate informațiile și faptele despre atmosferă nu fac decât să confirme importanța acesteia pentru oameni. Datorită prezenței sale, a devenit posibilă dezvoltarea vieții pe Pământ. Deja astăzi, după ce am evaluat amploarea prejudiciului pe care umanitatea este capabilă să-l provoace prin acțiunile sale aerului dătător de viață, ar trebui să ne gândim la măsuri suplimentare pentru conservarea și restabilirea atmosferei.
