Atmosfera ima plastovito strukturo. Meje med plastmi niso ostre, njihova višina pa je odvisna od zemljepisne širine in letnega časa. Plastnata struktura je posledica temperaturnih sprememb na različnih nadmorskih višinah. Vreme nastaja v troposferi (nižje približno 10 km: približno 6 km nad poli in več kot 16 km nad ekvatorjem). In zgornja meja troposfere je poleti višja kot pozimi.
Od zemeljske površine navzgor so te plasti:
Troposfera
Stratosfera
Mezosfera
Termosfera
Eksosfera
Troposfera
Spodnji del atmosfere do višine 10-15 km, v katerem je skoncentrirano 4/5 celotne mase atmosferski zrak se imenuje troposfera. Zanjo je značilno, da temperatura tu pada z višino v povprečju za 0,6°/100 m (v posamezne primere navpična porazdelitev temperature se spreminja v širokem območju). Troposfera vsebuje skoraj vso vodno paro v ozračju in nastanejo skoraj vsi oblaki. Tu je tudi močno razvita turbulenca, predvsem ob zemeljskem površju, pa tudi v tako imenovanih curkih v zgornjem delu troposfere.
Višina, do katere se troposfera razprostira nad vsakim krajem na Zemlji, se spreminja iz dneva v dan. Poleg tega je tudi v povprečju različno na različnih zemljepisnih širinah in v različnih letnih časih. V povprečju se letna troposfera razteza nad poli do višine približno 9 km, nad zmernimi zemljepisnimi širinami do 10-12 km in nad ekvatorjem do 15-17 km. Povprečna letna temperatura zraka blizu zemeljske površine je okoli +26° na ekvatorju in okoli -23° na severnem polu. Na zgornji meji troposfere nad ekvatorjem je povprečna temperatura okoli -70°, nad severnim polom pozimi okoli -65°, poleti pa okoli -45°.
Zračni tlak na zgornji meji troposfere, ki ustreza njeni višini, je 5-8-krat manjši kot na zemeljski površini. Zato se večina atmosferskega zraka nahaja v troposferi. Procesi, ki potekajo v troposferi, so neposrednega in odločilnega pomena za vreme in podnebje ob zemeljskem površju.
Vsa vodna para je koncentrirana v troposferi, zato vsi oblaki nastanejo znotraj troposfere. Temperatura pada z višino.
Sončni žarki zlahka prehajajo skozi troposfero, toplota, ki jo oddaja Zemlja, segreta s sončnimi žarki, pa se kopiči v troposferi: plini, kot so ogljikov dioksid, metan in vodna para, zadržujejo toploto. Ta mehanizem segrevanja ozračja od Zemlje, segretega s sončnim sevanjem, imenujemo učinek tople grede. Ker je Zemlja vir toplote za ozračje, temperatura zraka z višino upada.
Meja med turbulentno troposfero in mirno stratosfero se imenuje tropopavza. Tu nastajajo hitro gibajoči se vetrovi, imenovani "reaktivni tokovi".
Nekoč so domnevali, da temperatura ozračja pada tudi nad troposfero, vendar so meritve v visokih plasteh ozračja pokazale, da ni tako: neposredno nad tropopavzo je temperatura skoraj konstantna, nato pa začne naraščati. vodoravni vetrovi pihajo v stratosferi brez turbulenc. Zrak v stratosferi je zelo suh, zato so oblaki redki. Nastanejo tako imenovani biserni oblaki.
Stratosfera je zelo pomembna za življenje na Zemlji, saj se prav v tej plasti nahaja majhna količina ozona, ki absorbira močno življenju škodljivo ultravijolično sevanje. Z absorpcijo ultravijoličnega sevanja ozon segreva stratosfero.
Stratosfera
Nad troposfero do višine 50-55 km leži stratosfera, za katero je značilno, da temperatura v njej v povprečju narašča z višino. Prehodna plast med troposfero in stratosfero (debela 1-2 km) se imenuje tropopavza.
Zgoraj so bili podatki o temperaturi na zgornji meji troposfere. Te temperature so značilne tudi za nižjo stratosfero. Tako je temperatura zraka v spodnji stratosferi nad ekvatorjem vedno zelo nizka; poleg tega je poleti precej nižje kot nad polom.
Spodnja stratosfera je bolj ali manj izotermna. Toda, začenši z višine približno 25 km, temperatura v stratosferi hitro narašča z višino in doseže najvišje, poleg tega pozitivne vrednosti (od +10 do +30 °) na nadmorski višini približno 50 km. Zaradi naraščanja temperature z višino je turbulenca v stratosferi majhna.
V stratosferi je zelo malo vodne pare. Vendar pa jih včasih opazimo na nadmorski višini 20-25 km visoke zemljepisne širine zelo tanki, tako imenovani biserni oblaki. Čez dan jih ni videti, ponoči pa se zdi, da se svetijo, saj jih osvetljuje sonce pod obzorjem. Ti oblaki so sestavljeni iz preohlajenih vodnih kapljic. Za stratosfero je značilno tudi to, da vsebuje predvsem atmosferski ozon, kot je navedeno zgoraj.
Mezosfera
Nad stratosfero leži plast mezosfere, do približno 80 km. Tukaj temperatura pade z višino do nekaj deset stopinj pod ničlo. Zaradi hitrega padanja temperature z višino je v mezosferi močno razvita turbulenca. Na višinah blizu zgornje meje mezosfere (75-90 km) še vedno obstajajo posebne vrste oblakov, ki jih ponoči osvetljuje tudi sonce, tako imenovani srebrnasti. Najverjetneje so sestavljeni iz ledenih kristalov.
Na zgornji meji mezosfere je zračni tlak 200-krat manjši kot na zemeljski površini. Tako troposfera, stratosfera in mezosfera skupaj do višine 80 km vsebujejo več kot 99,5 % celotne mase ozračja. Zgornje plasti vsebujejo zanemarljivo malo zraka
Na višini približno 50 km nad Zemljo začne temperatura ponovno padati, kar označuje zgornjo mejo stratosfere in začetek naslednje plasti - mezosfere. Mezosfera ima najhladnejšo temperaturo v ozračju: od -2 do -138 stopinj Celzija. Tukaj so najvišji oblaki: ob jasnem vremenu jih je mogoče videti ob sončnem zahodu. Imenujejo se noktilucentne (svetijo ponoči).
Termosfera
Za zgornji del ozračja, nad mezosfero, so značilne zelo visoke temperature, zato se imenuje termosfera. Vendar pa v njem ločimo dva dela: ionosfero, ki se razteza od mezosfere do višine reda tisoč kilometrov, in zunanji del, ki leži nad njo - eksosfero, ki prehaja v zemeljsko krono.
Zrak v ionosferi je izjemno redek. Omenili smo že, da je na nadmorskih višinah 300-750 km povprečna gostota približno 10-8-10-10 g/m3. Toda tudi pri tako nizki gostoti vsak kubični centimeter zraka na nadmorski višini 300 km še vedno vsebuje približno milijardo (109) molekul ali atomov, na višini 600 km pa več kot 10 milijonov (107). To je za nekaj velikostnih redov večje od vsebnosti plinov v medplanetarnem prostoru.
Za ionosfero, kot že samo ime pove, je značilna zelo močna stopnja ionizacije zraka - vsebnost ionov je tukaj večkrat večja kot v spodnjih plasteh, kljub močnemu splošnemu redčenju zraka. Ti ioni so večinoma nabiti atomi kisika, nabite molekule dušikovega oksida in prosti elektroni. Njihova vsebnost na nadmorski višini 100-400 km je približno 1015-106 na kubični centimeter.
V ionosferi se razlikuje več plasti ali regij z največjo ionizacijo, zlasti na nadmorskih višinah 100-120 km in 200-400 km. Toda tudi v intervalih med temi plastmi ostaja stopnja ionizacije ozračja zelo visoka. Položaj ionosferskih plasti in koncentracija ionov v njih se ves čas spreminjata. Občasno kopičenje elektronov s posebno visoka koncentracija imenujemo elektronski oblaki.
Električna prevodnost ozračja je odvisna od stopnje ionizacije. Zato je v ionosferi električna prevodnost zraka na splošno 1012-krat večja od električne prevodnosti zemeljskega površja. Radijski valovi doživljajo absorpcijo, lom in odboj v ionosferi. Valovi, daljši od 20 m, sploh ne morejo preiti skozi ionosfero: odbijejo jih že plasti elektronov z nizko koncentracijo v spodnjem delu ionosfere (na višinah 70-80 km). Srednje in kratke valove odbijajo zgornje ionosferske plasti.
To je posledica odboja od ionosfere komunikacija na daljavo na kratkih valovih. Večkratni odboji od ionosfere in zemeljskega površja omogočajo, da se kratki valovi cikcakasto širijo na velike razdalje in se upogibajo okoli površine globus. Ker se položaj in koncentracija ionosferskih plasti nenehno spreminjata, se spreminjajo tudi pogoji za absorpcijo, odboj in širjenje radijskih valov. Zato zanesljiva radijska komunikacija zahteva stalno preučevanje stanja ionosfere. Opazovanja širjenja radijskih valov so ravno sredstvo za tovrstne raziskave.
V ionosferi opazimo aurore in sijaj nočnega neba blizu njih v naravi - stalno luminescenco atmosferskega zraka, pa tudi ostra nihanja magnetnega polja - ionosferske magnetne nevihte.
Ionizacija v ionosferi je posledica delovanja ultravijoličnega sevanja Sonca. Njegova absorpcija z molekulami atmosferskega plina vodi do pojava nabitih atomov in prostih elektronov, kot je razloženo zgoraj. Nihanje magnetnega polja v ionosferi in polarni sij sta odvisna od nihanj sončne aktivnosti. Spremembe sončne aktivnosti so povezane s spremembami v toku korpuskularnega sevanja, ki prihaja s Sonca v Zemljino atmosfero. Korpuskularno sevanje je namreč temeljnega pomena za te ionosferske pojave.
Temperatura v ionosferi narašča z nadmorsko višino do zelo velike vrednosti. Na nadmorski višini okoli 800 km doseže 1000°.
Ko govorimo o visokih temperaturah ionosfere, pomenijo, da se delci atmosferskih plinov tam premikajo z zelo velikimi hitrostmi. Vendar pa je gostota zraka v ionosferi tako nizka, da telo v ionosferi, kot je leteči satelit, ne bo segreto zaradi izmenjave toplote z zrakom. Temperaturni režim satelita bo odvisen od njegove neposredne absorpcije sončnega sevanja in od vračanja lastnega sevanja v okoliški prostor. Termosfera se nahaja nad mezosfero na nadmorski višini od 90 do 500 km nad površjem Zemlje. Molekule plina so tu močno razpršene, absorbirajo rentgenske žarke in kratkovalovni del ultravijoličnega sevanja. Zaradi tega lahko temperatura doseže 1000 stopinj Celzija.
Termosfera v bistvu ustreza ionosferi, kjer ionizirani plin odbija radijske valove nazaj na Zemljo – ta pojav omogoča vzpostavitev radijskih komunikacij.
Eksosfera
Nad 800-1000 km atmosfera prehaja v eksosfero in postopoma v medplanetarni prostor. Hitrosti delcev plina, predvsem lahkih, so tu zelo velike in zaradi izredno redkega zraka na teh višinah lahko delci obletijo Zemljo po eliptičnih tirnicah, ne da bi med seboj trčili. V tem primeru imajo lahko posamezni delci dovolj hitrosti, da premagajo gravitacijsko silo. Za nenabite delce bo kritična hitrost 11,2 km/s. Takšni posebej hitri delci lahko, ki se gibljejo po hiperboličnih trajektorijah, odletijo iz ozračja v svetovni prostor, "pobegniti", razbliniti. Zato eksosfero imenujemo tudi razpršilna sfera.
Uidejo predvsem atomi vodika, ki je prevladujoči plin v najvišjih plasteh eksosfere.
Pred kratkim so domnevali, da se eksosfera in z njo zemeljska atmosfera na splošno končata na višinah reda 2000-3000 km. Toda opazovanja iz raket in satelitov so spodbudila idejo, da vodik, ki uhaja iz eksosfere, tvori tako imenovano zemeljsko korono okoli Zemlje, ki se razteza na več kot 20.000 km. Seveda je gostota plina v Zemljini koroni zanemarljiva. Na vsak kubični centimeter je v povprečju le okoli tisoč delcev. Toda v medplanetarnem prostoru je koncentracija delcev (predvsem protonov in elektronov) vsaj desetkrat manjša.
S pomočjo satelitov in geofizikalnih raket je v zgornjem delu atmosfere in v bližnjem vesolju Zemljinega sevalnega pasu, ki se začne na nadmorski višini nekaj sto kilometrov in se razteza več deset tisoč kilometrov od Zemlje. zemeljskega površja, je bila ugotovljena. Ta pas je sestavljen iz električno nabitih delcev - protonov in elektronov, ujetih magnetno polje Zemlja in se gibljejo z zelo velikimi hitrostmi. Njihova energija je na stotine tisoče elektronvoltov. Sevalni pas nenehno izgublja delce v zemeljski atmosferi in se obnavlja s tokovi sončnega korpuskularnega sevanja.
atmosferska temperatura stratosfera troposfera
Atmosfera je plinasta lupina našega planeta, ki se vrti skupaj z Zemljo. Plin v ozračju imenujemo zrak. Atmosfera je v stiku s hidrosfero in delno prekriva litosfero. Težko pa je določiti zgornje meje. Običajno se domneva, da se atmosfera razteza navzgor približno tri tisoč kilometrov. Tam gladko teče v brezzračni prostor.
Nastanek kemična sestava atmosfera se je začela pred približno štirimi milijardami let. Sprva je bila atmosfera sestavljena le iz lahkih plinov - helija in vodika. Po mnenju znanstvenikov so bili prvi predpogoji za nastanek plinske lupine okoli Zemlje vulkanski izbruhi, ki so skupaj z lavo izbruhnili velik znesek plini. Nato se je začela izmenjava plinov vodna telesa, z živimi organizmi, s produkti njihovega delovanja. Sestava zraka se je postopoma spreminjala in moderna oblika ustanovljeno pred nekaj milijoni let.
Glavni sestavini ozračja sta dušik (približno 79 %) in kisik (20 %). Preostali odstotek (1 %) predstavljajo naslednji plini: argon, neon, helij, metan, ogljikov dioksid, vodik, kripton, ksenon, ozon, amoniak, žveplov dioksid in dušik, dušikov oksid in ogljikov monoksid, vključeni v to en odstotek.
Poleg tega zrak vsebuje vodno paro in trdne delce (rastlinski cvetni prah, prah, kristale soli, aerosolne nečistoče).
IN Zadnje čase znanstveniki ugotavljajo, da ni kakovostna, ampak kvantitativna sprememba nekaj zračnih sestavin. In razlog za to je človek in njegova dejavnost. Samo v zadnjih 100 letih se je vsebnost ogljikovega dioksida močno povečala! To je polno številnih težav, med katerimi so najbolj globalne podnebne spremembe.
Ozračje ima ključno vlogo pri oblikovanju podnebja in vremena na Zemlji. Veliko je odvisno od količine sončne svetlobe, od narave podlage in atmosferskega kroženja.
Poglejmo dejavnike po vrsti.
1. Ozračje prepušča toploto sončnih žarkov in absorbira škodljiva sevanja. Stari Grki so vedeli, da sončni žarki padajo na različne dele Zemlje pod različnimi koti. Sama beseda "podnebje" v prevodu iz stare grščine pomeni "pobočje". Torej na ekvatorju sončni žarki padajo skoraj navpično, ker je tukaj zelo vroče. Bližje ko je poloma, večji je kot naklona. In temperatura pada.
2. Zaradi neenakomernega segrevanja Zemlje nastajajo zračni tokovi v ozračju. Razvrščeni so glede na velikost. Najmanjši (desetine in stotine metrov) so lokalni vetrovi. Sledijo monsuni in pasati, cikloni in anticikloni, planetarna frontalna območja.
Vsi ti zračne mase se nenehno premikajo. Nekatere med njimi so precej statične. Na primer pasati, ki pihajo iz subtropskih območij proti ekvatorju. Gibanje drugih je v veliki meri odvisno od atmosferskega tlaka.
3. Atmosferski tlak je še en dejavnik, ki vpliva na nastanek podnebja. To je zračni tlak na zemeljski površini. Kot veste, se zračne mase premikajo iz območja z visokim atmosferskim tlakom proti območju, kjer je ta tlak nižji.
Skupaj je 7 con. Ekvator je območje nizkega zračnega tlaka. Nadalje, na obeh straneh ekvatorja do tridesetih zemljepisnih širin - območje visokega tlaka. Od 30° do 60° - spet nizek tlak. In od 60 ° do polov - območje visokega tlaka. Zračne mase krožijo med temi conami. Tisti, ki gredo z morja na kopno, prinašajo dež in slabo vreme, tisti, ki pihajo s celin, pa prinašajo jasno in suho vreme. Na mestih, kjer trčijo zračni tokovi, se oblikujejo atmosferske fronte, za katere so značilne padavine in slabo, vetrovno vreme.
Znanstveniki so dokazali, da je tudi dobro počutje osebe odvisno od atmosferskega tlaka. Avtor: mednarodni standardi normalni atmosferski tlak - 760 mm Hg. kolona pri 0°C. Ta številka je izračunana za tista zemljišča, ki so skoraj poravnana z morsko gladino. Tlak pada z višino. Zato je na primer za Sankt Peterburg 760 mm Hg. - je norma. Toda za Moskvo, ki se nahaja višje, je normalni tlak 748 mm Hg.
Tlak se ne spreminja samo navpično, ampak tudi vodoravno. To se še posebej občuti ob prehodu ciklonov.
Vzdušje je kot plast torte. In vsaka plast ima svoje značilnosti.
. Troposfera je Zemlji najbližja plast. "Debelina" te plasti se spreminja, ko se odmikate od ekvatorja. Nad ekvatorjem se plast razteza navzgor za 16-18 km, v zmernih pasovih - za 10-12 km, na polih - za 8-10 km.
Tu je 80% celotne mase zraka in 90% vodne pare. Tu nastajajo oblaki, nastajajo cikloni in anticikloni. Temperatura zraka je odvisna od nadmorske višine območja. V povprečju pade za 0,65°C na vsakih 100 metrov.
. tropopavza- prehodna plast ozračja. Njegova višina je od nekaj sto metrov do 1-2 km. Temperatura zraka poleti je višja kot pozimi. Tako je na primer nad poli pozimi -65 ° C. In nad ekvatorjem kadar koli v letu je -70 ° C.
. Stratosfera- to je plast, katere zgornja meja poteka na nadmorski višini 50-55 kilometrov. Turbulence je tu malo, vsebnost vodne pare v zraku je zanemarljiva. Ampak veliko ozona. Njegova največja koncentracija je na nadmorski višini 20-25 km. V stratosferi se temperatura zraka začne dvigovati in doseže +0,8 ° C. To je posledica dejstva, da ozonska plast deluje z ultravijoličnim sevanjem.
. Stratopavza- nizka vmesna plast med stratosfero in mezosfero, ki ji sledi.
. Mezosfera- zgornja meja te plasti je 80-85 kilometrov. Tu potekajo kompleksni fotokemični procesi, ki vključujejo proste radikale. Prav oni poskrbijo za tisti nežno modri sijaj našega planeta, ki ga vidimo iz vesolja.
Večina kometov in meteoritov zgori v mezosferi.
. Mezopavza- naslednji vmesni sloj, katerega temperatura zraka je najmanj -90 °.
. Termosfera- spodnja meja se začne na nadmorski višini 80 - 90 km, zgornja meja plasti pa poteka približno na oznaki 800 km. Temperatura zraka narašča. Lahko se giblje od +500° C do +1000° C. Čez dan temperaturna nihanja znašajo več sto stopinj! Toda zrak je tukaj tako redek, da razumevanje izraza "temperatura", kot si ga predstavljamo, tukaj ni primerno.
. Ionosfera- združuje mezosfero, mezopavzo in termosfero. Tukajšnji zrak je sestavljen predvsem iz molekul kisika in dušika ter kvazinevtralne plazme. Sončni žarki, ki padejo v ionosfero, močno ionizirajo molekule zraka. V spodnji plasti (do 90 km) je stopnja ionizacije nizka. Višja kot je, večja je ionizacija. Torej, na nadmorski višini 100-110 km so elektroni koncentrirani. To prispeva k odboju kratkih in srednjih radijskih valov.
Najpomembnejša plast ionosfere je zgornja, ki se nahaja na nadmorski višini 150-400 km. Njegova posebnost je, da odbija radijske valove, kar prispeva k prenosu radijskih signalov na velike razdalje.
V ionosferi se pojavi takšen pojav, kot je aurora.
. Eksosfera- sestoji iz atomov kisika, helija in vodika. Plin v tej plasti je zelo redek in vodikovi atomi pogosto uidejo v vesolje. Zato se ta plast imenuje "območje razprševanja".
Prvi znanstvenik, ki je predlagal, da ima naša atmosfera težo, je bil Italijan E. Torricelli. Ostap Bender je na primer v romanu "Zlato tele" obžaloval, da je vsako osebo pritisnil zračni stolpec, ki tehta 14 kg! A veliki strateg se je malo zmotil. Odrasla oseba doživi pritisk 13-15 ton! Toda te teže ne čutimo, ker je atmosferski tlak uravnotežen z notranjim pritiskom osebe. Teža našega ozračja je 5.300.000.000.000.000 ton. Številka je ogromna, čeprav je le milijoninka teže našega planeta.
1 / 5
✪ Zemeljska vesoljska ladja (Epizoda 14) - Atmosfera
✪ Zakaj atmosfera ni bila povlečena v vakuum vesolja?
✪ Vstop vesoljskega plovila "Sojuz TMA-8" v zemeljsko atmosfero
✪ Struktura atmosfere, pomen, študija
✪ O. S. Ugolnikov "Zgornja atmosfera. Srečanje Zemlje in vesolja"
Za atmosfero štejemo tisto območje okoli Zemlje, v katerem se plinasti medij vrti skupaj z Zemljo kot celoto. Atmosfera prehaja v medplanetarni prostor postopoma, v eksosferi, začenši na nadmorski višini 500-1000 km od zemeljske površine.
Po definiciji, ki jo je predlagala Mednarodna letalska zveza, je meja med atmosfero in vesoljem potegnjena po črti Karmana, ki se nahaja na nadmorski višini približno 100 km, nad katero postanejo zračni leti popolnoma nemogoči. NASA uporablja oznako 122 kilometrov (400.000 ft) kot mejo atmosfere, kjer raketoplani preklopijo s pogonskega manevriranja na aerodinamično manevriranje.
Poleg plinov, navedenih v tabeli, vsebuje atmosfera Cl 2, SO 2, NH 3, CO, O 3, NO 2, ogljikovodike, HCl, HBr, hlape, I 2, Br 2, pa tudi številne druge plini v manjših količinah. V troposferi je stalno velika količina suspendiranih trdnih in tekočih delcev (aerosol). Radon (Rn) je najredkejši plin v Zemljinem ozračju.
Spodnja plast troposfere (debelina 1-2 km), v kateri stanje in lastnosti zemeljske površine neposredno vplivajo na dinamiko ozračja.
Njegova zgornja meja je na nadmorski višini 8-10 km v polarnih, 10-12 km v zmernih in 16-18 km v tropskih širinah; nižja pozimi kot poleti.
Spodnja, glavna plast atmosfere vsebuje več kot 80 % celotne mase atmosferskega zraka in okoli 90 % vse vodne pare, ki je prisotna v atmosferi. V troposferi sta močno razviti turbulenca in konvekcija, pojavljajo se oblaki, razvijajo se cikloni in anticikloni. Temperatura pada z nadmorsko višino s povprečnim navpičnim gradientom 0,65°/100 metrov.
Prehodna plast iz troposfere v stratosfero, plast ozračja, v kateri se upadanje temperature z višino ustavi.
Plast ozračja, ki se nahaja na nadmorski višini od 11 do 50 km. Značilna je rahla sprememba temperature v plasti 11-25 km (spodnja plast stratosfere) in njeno povečanje v plasti 25-40 km od -56,5 do +0,8 ° (zgornja stratosfera ali območje inverzije). Ko je na nadmorski višini približno 40 km dosegla vrednost približno 273 K (skoraj 0 °C), temperatura ostane konstantna do višine približno 55 km. To območje konstantne temperature imenujemo stratopavza in je meja med stratosfero in mezosfero.
Mejna plast ozračja med stratosfero in mezosfero. V navpični porazdelitvi temperature je največ (približno 0 °C).
Zgornja meja je približno 800 km. Temperatura se dvigne do nadmorske višine 200-300 km, kjer doseže vrednosti reda 1500 K, nato pa ostane skoraj konstantna do velikih nadmorskih višin. Pod vplivom sončnega sevanja in kozmičnega sevanja se zrak ionizira ("polarne luči") - glavna področja ionosfere ležijo znotraj termosfere. Na nadmorski višini nad 300 km prevladuje atomski kisik. Zgornjo mejo termosfere v veliki meri določa trenutna aktivnost Sonca. V obdobjih nizke aktivnosti - na primer v letih 2008-2009 - je opazno zmanjšanje velikosti te plasti.
Območje ozračja nad termosfero. V tem območju je absorpcija sončnega sevanja zanemarljiva in temperatura se dejansko ne spreminja z višino.
Do višine 100 km je atmosfera homogena, dobro premešana mešanica plinov. V višjih plasteh je razporeditev plinov po višini odvisna od njihovih molekulskih mas, koncentracija težjih plinov se z oddaljenostjo od površja Zemlje hitreje zmanjšuje. Zaradi zmanjšanja gostote plina temperatura pade od 0 °C v stratosferi do −110 °C v mezosferi. Vendar pa kinetična energija posameznih delcev na višinah 200–250 km ustreza temperaturi ~150 °C. Nad 200 km opazimo znatna nihanja temperature in gostote plina v času in prostoru.
Na višini približno 2000-3500 km eksosfera postopoma prehaja v t.i. vakuum v bližnjem vesolju, ki je napolnjen z redkimi delci medplanetarnega plina, predvsem atomi vodika. Toda ta plin je le del medplanetarne snovi. Drugi del je sestavljen iz prahu podobnih delcev kometnega in meteorskega izvora. V ta prostor prodira poleg izredno redkih prašnih delcev tudi elektromagnetno in korpuskularno sevanje sončnega in galaktičnega izvora.
Troposfera predstavlja približno 80% mase ozračja, stratosfera predstavlja približno 20%; masa mezosfere - ne več kot 0,3%, termosfere - manj kot 0,05% totalna teža vzdušje.
Na podlagi električnih lastnosti v atmosferi oddajajo nevtrosfera in ionosfera .
Odvisno od sestave plina v ozračju, ki ga oddajajo homosfera in heterosfera. heterosfera- gre za področje, kjer gravitacija vpliva na ločevanje plinov, saj je njihovo mešanje na taki višini zanemarljivo. Iz tega sledi spremenljiva sestava heterosfere. Pod njo leži dobro premešan, homogen del ozračja, imenovan homosfera. Meja med temi plastmi se imenuje turbopavza, leži na nadmorski višini približno 120 km.
Že na nadmorski višini 5 km se pri netrenirani osebi pojavi stradanje kisika, brez prilagoditve pa se zmogljivost osebe znatno zmanjša. Tu se konča fiziološka cona ozračja. Človeško dihanje postane nemogoče na višini 9 km, čeprav do približno 115 km atmosfera vsebuje kisik.
Ozračje nam zagotavlja kisik, ki ga potrebujemo za dihanje. Zaradi padca celotnega atmosferskega tlaka, ko se dvignete na višino, pa se ustrezno zmanjša tudi delni tlak kisika.
Po najpogostejši teoriji je bilo zemeljsko ozračje v treh različne formulacije. Sprva je bil sestavljen iz lahkih plinov (vodika in helija), zajetih iz medplanetarnega prostora. Ta t.i primarna atmosfera. Vklopljeno naslednji korak aktivna vulkanska aktivnost je povzročila nasičenost ozračja s plini, ki niso vodik (ogljikov dioksid, amoniak, vodna para). Tako je sekundarna atmosfera. To vzdušje je bilo krepčilno. Nadalje so proces nastajanja ozračja določili naslednji dejavniki:
Postopoma so ti dejavniki pripeljali do nastanka terciarna atmosfera, za katerega je značilna veliko nižja vsebnost vodika in veliko višja vsebnost dušika in ogljikovega dioksida (nastalega kot posledica kemijskih reakcij iz amoniaka in ogljikovodikov).
izobraževanje veliko število dušik N 2 je posledica oksidacije atmosfere amoniak-vodik z molekularnim kisikom O 2, ki je začel prihajati s površine planeta kot posledica fotosinteze, začenši pred 3 milijardami let. Dušik N 2 se sprošča v ozračje tudi kot posledica denitrifikacije nitratov in drugih spojin, ki vsebujejo dušik. Dušik oksidira ozon v NO v zgornji atmosferi.
Dušik N 2 vstopa v reakcije le pod določenimi pogoji (na primer med razelektritvijo strele). Oksidacija molekularnega dušika z ozonom med električnimi razelektritvami se v majhnih količinah uporablja v industrijski proizvodnji dušikovih gnojil. Z nizko porabo energije ga lahko oksidirajo in pretvorijo v biološko aktivno obliko cianobakterije (modrozelene alge) in gomoljične bakterije, ki tvorijo rizobialno simbiozo s stročnicami, ki so lahko učinkovita zelena gnojila, ki ne izčrpavajo, ampak bogatijo zemljo z naravnimi gnojili.
Sestava atmosfere se je začela korenito spreminjati s prihodom živih organizmov na Zemljo, kar je posledica fotosinteze, ki jo spremlja sproščanje kisika in absorpcija ogljikovega dioksida. Sprva je bil kisik porabljen za oksidacijo reduciranih spojin - amoniaka, ogljikovodikov, železove oblike železa v oceanih in drugih. Na koncu tej stopnji vsebnost kisika v ozračju je začela naraščati. Postopoma je nastala sodobna atmosfera z oksidativnimi lastnostmi. Ker je to povzročilo resne drastične spremembeŠtevilni procesi, ki se dogajajo v ozračju, litosferi in biosferi, so ta dogodek poimenovali kisikova katastrofa.
V zadnjem času je človek začel vplivati na razvoj ozračja. Posledica človekovega delovanja je nenehno povečevanje vsebnosti ogljikovega dioksida v ozračju zaradi zgorevanja ogljikovodikov, nabranih v prejšnjih geoloških obdobjih. Med fotosintezo se porabijo ogromne količine CO 2 , ki jih absorbirajo svetovni oceani. Ta plin pride v atmosfero zaradi razgradnje karbonatnih kamnin in organskih snovi rastlinskega in živalskega izvora, pa tudi zaradi vulkanizma in proizvodne dejavnosti oseba. V zadnjih 100 letih se je vsebnost CO 2 v ozračju povečala za 10 %, pri čemer glavnina (360 milijard ton) izvira iz zgorevanja goriva. Če se bo stopnja rasti izgorevanja goriva nadaljevala, se bo v naslednjih 200-300 letih količina CO 2 v ozračju podvojila in lahko povzroči globalne podnebne spremembe.
Zgorevanje goriva je glavni vir onesnaževanja plinov (CO,, SO 2). Žveplov dioksid oksidira atmosferski kisik v SO 3, dušikov oksid pa v NO 2 v zgornji atmosferi, ki nato medsebojno deluje z vodno paro, pri čemer nastala žveplova kislina H 2 SO 4 in dušikova kislina HNO 3 padeta na zemeljsko površino v tvorijo tako imenovani kisli dež. Uporaba
Modri planet...
Ta tema naj bi se pojavila na spletnem mestu ena prvih. Navsezadnje so helikopterji atmosferska letala. Zemljina atmosfera- njihov, tako rekoč, življenjski prostor :-). A fizikalne lastnosti zraka samo določite kakovost tega habitata :-). To je torej ena od osnov. In osnova je vedno najprej napisana. Ampak to sem šele zdaj spoznal. Vendar pa je, kot veste, bolje pozno kot nikoli ... Dotaknimo se tega vprašanja, vendar brez spuščanja v divjino in nepotrebnih težav :-).
Torej … Zemljina atmosfera. To je plinasta lupina našega modrega planeta. Vsi poznajo to ime. Zakaj modro? Preprosto zato, ker se »modra« (pa tudi modra in vijolična) komponenta sončne svetlobe (spekter) najbolje razprši v atmosferi in jo tako obarva v modrikasto modrikasto, včasih s pridihom vijolične (na sončen dan seveda :-)) .
Sestava zemeljske atmosfere.
Sestava ozračja je precej široka. V besedilu ne bom našteval vseh sestavin, za to je dobra ilustracija.Sestava vseh teh plinov je skoraj konstantna, z izjemo ogljikovega dioksida (CO 2 ). Poleg tega ozračje nujno vsebuje vodo v obliki hlapov, suspendiranih kapljic ali ledenih kristalov. Količina vode ni konstantna in je odvisna od temperature in v manjša stopnja, na zračni tlak. Poleg tega je v zemeljski atmosferi (predvsem sedanji) tudi nekaj, rekel bi "vse sorte nesnage" :-). To so SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, poleg tega so še živosrebrne pare Hg. Res je, vse to je v majhnih količinah, hvala bogu :-).
Zemljina atmosfera razdeljen na več naslednji prijatelj ena za drugo po višini nad površino con.
Prva, najbližja zemlji, je troposfera. To je najnižja in tako rekoč glavna plast za življenje. drugačne vrste. Vsebuje 80 % mase vsega atmosferskega zraka (čeprav po prostornini predstavlja le okoli 1 % celotne atmosfere) in okoli 90 % vse atmosferske vode. Glavnina vseh vetrov, oblakov, dežja in snega 🙂 prihaja od tam. Troposfera sega do višine približno 18 km v tropskih širinah in do 10 km v polarnih širinah. Temperatura zraka v njem pade z dvigom za približno 0,65º na vsakih 100 m.
atmosferske cone.
Drugo območje je stratosfera. Moram reči, da med troposfero in stratosfero ločimo še eno ozko območje - tropopavzo. Zaustavi padec temperature z višino. Tropopavza ima povprečno debelino 1,5-2 km, vendar so njene meje nejasne in troposfera pogosto prekriva stratosfero.
Tako ima stratosfera povprečno višino od 12 do 50 km. Temperatura v njem do 25 km ostane nespremenjena (približno -57ºС), nato se nekje do 40 km dvigne na približno 0ºС in naprej do 50 km ostane nespremenjena. Stratosfera je razmeroma miren del zemeljske atmosfere. Neželeno vreme ga praktično ni. Prav v stratosferi se slavni ozonski plašč nahaja na nadmorski višini od 15-20 km do 55-60 km.
Sledi majhna mejna plast stratopavza, v kateri temperatura ostaja okoli 0ºС, nato pa je naslednja cona mezosfera. Razteza se do nadmorske višine 80-90 km, v njem pa temperatura pade na približno 80ºС. V mezosferi običajno postanejo vidni majhni meteorji, ki začnejo v njej svetiti in tam izgoreti.
Naslednja ozka vrzel je mezopavza in za njo območje termosfere. Njegova višina je do 700-800 km. Tu temperatura spet začne naraščati in na nadmorski višini približno 300 km lahko doseže vrednosti reda 1200ºС. Nato ostane konstantna. Ionosfera se nahaja znotraj termosfere do višine približno 400 km. Tu je zrak zaradi izpostavljenosti sončnemu sevanju močno ioniziran in ima visoko električno prevodnost.
Naslednja in na splošno zadnja cona je eksosfera. To je tako imenovana cona razpršitve. Tu sta prisotna predvsem zelo redek vodik in helij (s prevlado vodika). Na višinah okoli 3000 km eksosfera preide v bližnji vesoljski vakuum.
Nekje je tako. Zakaj približno? Ker so te plasti precej pogojne. Možne so različne spremembe nadmorske višine, sestave plinov, vode, temperature, ionizacije ipd. Poleg tega obstaja veliko več izrazov, ki opredeljujejo zgradbo in stanje zemeljske atmosfere.
Na primer homosfera in heterosfera. V prvem so atmosferski plini dobro premešani in njihova sestava precej homogena. Drugi se nahaja nad prvim in tam praktično ni mešanja. Plini so ločeni zaradi gravitacije. Meja med temi plastmi se nahaja na nadmorski višini 120 km in se imenuje turbopavza.
Končajmo z izrazi, vsekakor pa bom dodal, da je konvencionalno sprejeto, da se meja ozračja nahaja na nadmorski višini 100 km. Ta meja se imenuje Karmanova črta.
Dodal bom še dve sliki za ponazoritev strukture ozračja. Prvi je sicer v nemščini, vendar je popoln in dovolj enostaven za razumevanje :-). Lahko se poveča in dobro razmisli. Drugi prikazuje spremembo temperature ozračja z nadmorsko višino.
Zgradba zemeljske atmosfere.
Sprememba temperature zraka z nadmorsko višino.
Sodobna orbitalna vesoljska plovila s posadko letijo na višinah približno 300-400 km. Vendar to ni več letalstvo, čeprav je področje seveda v nekem smislu tesno povezano in bomo zagotovo še govorili o tem :-).
Letalsko območje je troposfera. Sodobna atmosferska letala lahko letijo tudi v nižjih plasteh stratosfere. Na primer, praktični strop MIG-25RB je 23000 m.
Let v stratosferi.
In točno fizikalne lastnosti zraka troposfere določajo, kakšen bo let, kako učinkovit bo krmilni sistem letala, kako bodo nanj vplivale turbulence v ozračju, kako bodo delovali motorji.
Prva glavna lastnost je temperatura zraka. V plinski dinamiki se lahko določi na Celzijevi ali Kelvinovi lestvici.
Temperatura t1 na določeni višini H na Celzijevi lestvici se določi:
t 1 \u003d t - 6,5N, Kje t je temperatura zraka pri tleh.
Temperatura na Kelvinovi lestvici se imenuje absolutna temperatura Nič na tej lestvici je absolutna ničla. Pri absolutni ničli se toplotno gibanje molekul ustavi. Absolutna ničla na Kelvinovi lestvici ustreza -273º na Celzijevi lestvici.
V skladu s tem temperatura T na visoko H na Kelvinovi lestvici se določi:
T \u003d 273K + t - 6,5H
Zračni tlak. Atmosferski tlak se meri v Pascalih (N/m 2), po starem sistemu merjenja v atmosferah (atm.). Obstaja tudi nekaj takega, kot je barometrični tlak. To je tlak, izmerjen v milimetrih živega srebra z živosrebrnim barometrom. Barometrični tlak (tlak na morski gladini) je enak 760 mm Hg. Umetnost. imenovan standard. V fiziki 1 atm. enako 760 mm Hg.
Gostota zraka. V aerodinamiki je najpogosteje uporabljen pojem masna gostota zraka. To je masa zraka v 1 m3 prostornine. Gostota zraka se z višino spreminja, zrak se redči.
Vlažnost zraka. Prikazuje količino vode v zraku. Obstaja koncept " relativna vlažnost". To je razmerje med maso vodne pare in največjo možno maso pri dani temperaturi. Koncept 0%, to je, ko je zrak popolnoma suh, lahko na splošno obstaja le v laboratoriju. Po drugi strani pa je 100-odstotna vlažnost povsem realna. To pomeni, da je zrak vsrkal vso vodo, ki jo je lahko vsrkal. Nekaj podobnega kot absolutno "polna goba". Visoka relativna vlažnost zmanjša gostoto zraka, nizka relativna vlažnost pa jo ustrezno poveča.
Ker leti letal potekajo v različnih atmosferskih pogojih, so lahko njihovi leti in aerodinamični parametri v enem načinu letenja različni. Zato za pravilna ocena teh parametrov Mednarodna standardna atmosfera (ISA). Prikazuje spreminjanje stanja zraka z dvigom nadmorske višine.
Glavni parametri stanja zraka pri ničelni vlažnosti so:
tlak P = 760 mm Hg. Umetnost. (101,3 kPa);
temperatura t = +15°C (288 K);
masna gostota ρ \u003d 1,225 kg / m 3;
Za ISA se predpostavlja (kot je navedeno zgoraj :-)), da temperatura v troposferi pade za 0,65º na vsakih 100 metrov nadmorske višine.
Standardna atmosfera (primer do 10000 m).
Tabele ISA se uporabljajo za kalibracijo instrumentov, pa tudi za navigacijske in inženirske izračune.
Fizikalne lastnosti zraka vključujejo tudi pojme, kot so inertnost, viskoznost in stisljivost.
Vztrajnost je lastnost zraka, ki označuje njegovo sposobnost, da se upira spremembam stanja mirovanja ali enakomernega premočrtnega gibanja. . Merilo vztrajnosti je masna gostota zraka. Višja kot je, večja je vztrajnost in sila upora medija, ko se letalo v njem premika.
Viskoznost. Določa torni upor proti zraku med premikanjem letala.
Stisljivost meri spremembo gostote zraka s spremembo tlaka. Pri nizkih hitrostih letalo(do 450 km/h), pri obtoku zračnega toka ni spremembe tlaka, pri velikih hitrostih pa se začne pojavljati učinek stisljivosti. Posebej izrazit je njegov vpliv na nadzvok. To je ločeno področje aerodinamike in tema za ločen članek :-).
No, kot kaže, je to zaenkrat vse ... Čas je, da zaključimo s tem malce dolgočasnim naštevanjem, ki pa se mu ne gre odpovedati :-). Zemljina atmosfera, njegovi parametri, fizikalne lastnosti zraka so za letalo enako pomembni kot parametri same naprave in jih ni bilo mogoče ne omeniti.
Zaenkrat pa do naslednjih srečanj in več zanimivih tem 🙂 …
P.S. Za posladek predlagam ogled videa, posnetega iz pilotske kabine dvojčka MIG-25PU med poletom v stratosfero. Očitno ga je posnel turist, ki ima denar za takšne lete :-). Snemano večinoma skozi vetrobransko steklo. Bodite pozorni na barvo neba ...
Ozračje je tisto, kar omogoča življenje na Zemlji. Prve informacije in dejstva o ozračju prejmemo nazaj osnovna šola. V srednji šoli se s tem pojmom že bolj seznanimo pri pouku geografije.
Atmosfera ni prisotna samo na Zemlji, ampak tudi na drugih nebesnih telesih. To je ime plinastega ovoja, ki obdaja planete. Sestava tega plinskega sloja različni planeti je bistveno drugačen. Poglejmo si osnovne informacije in dejstva o drugače imenovanem zraku.
Njegova najpomembnejša sestavina je kisik. Nekateri zmotno mislijo, da je zemeljsko ozračje v celoti sestavljeno iz kisika, zrak pa je pravzaprav mešanica plinov. Vsebuje 78% dušika in 21% kisika. Preostali odstotek vključuje ozon, argon, ogljikov dioksid, vodno paro. Pustiti odstotek teh plinov je malo, vendar opravljajo pomembno funkcijo - absorbirajo pomemben del sončno sevalno energijo in s tem prepreči, da bi svetilo spremenilo vse življenje na našem planetu v pepel. Lastnosti ozračja se spreminjajo z nadmorsko višino. Na nadmorski višini 65 km je na primer dušik 86 % in kisik 19 %.
In temperatura, gostota in kvalitativna sestava zraka na različnih višinah niso enake. Zaradi tega je običajno razlikovati med različnimi plastmi ozračja. Vsak od njih ima svojo lastnost. Ugotovimo, katere plasti ozračja se razlikujejo:
Za mejo med zemeljsko atmosfero in vesoljem se šteje črta 100 km. Ta črta se imenuje Karmanova linija.
Ko poslušamo vremensko napoved, pogosto slišimo odčitke zračnega tlaka. Toda kaj pomeni atmosferski tlak in kako lahko vpliva na nas?
Ugotovili smo, da je zrak sestavljen iz plinov in nečistoč. Vsaka od teh komponent ima svojo težo, kar pomeni, da atmosfera ni breztežna, kot so verjeli do 17. stoletja. Atmosferski tlak je sila, s katero vse plasti ozračja pritiskajo na površje Zemlje in na vse predmete.
Znanstveniki so izvedli zapleteni izračuni in to dokazal kvadratni meter območje pritiska atmosfera s silo 10,333 kg. To pomeni, da je človeško telo izpostavljeno zračnemu tlaku, katerega teža je 12-15 ton. Zakaj tega ne čutimo? Prihrani nam svoj notranji pritisk, ki uravnoteži zunanjega. Pritisk atmosfere lahko občutite že v letalu ali visoko v gorah, saj je atmosferski tlak na višini precej manjši. V tem primeru je možno fizično nelagodje, zamašena ušesa, omotica.
Veliko je mogoče povedati o vzdušju okoli. Vemo veliko o njej. zanimiva dejstva, nekateri pa se morda zdijo presenetljivi:
Fiziološko območje ozračja je 5 km. Na nadmorski višini 5000 m oseba začne kazati kisikovo stradanje, kar se izraža v zmanjšanju njegove delovne sposobnosti in poslabšanju dobrega počutja. To kaže, da človek ne more preživeti v prostoru, kjer te neverjetne mešanice plinov ni.
Vsi podatki in dejstva o atmosferi samo potrjujejo njen pomen za ljudi. Zahvaljujoč njegovi prisotnosti se je pojavila možnost razvoja življenja na Zemlji. Že danes, ko smo ocenili obseg škode, ki jo je človeštvo zmožno povzročiti s svojim delovanjem živemu zraku, bi morali razmišljati o nadaljnjih ukrepih za ohranjanje in obnavljanje ozračja.
