Strato vitale dell'atmosfera. Atmosfera, sua composizione e struttura

L'atmosfera è una miscela di vari gas. Si estende dalla superficie terrestre fino a un'altezza di 900 km, proteggendo il pianeta dallo spettro dannoso delle radiazioni solari e contiene i gas necessari per tutta la vita sul pianeta. L'atmosfera intrappola il calore del sole, riscaldando la superficie terrestre e creando un clima favorevole.

Composizione atmosferica

L'atmosfera terrestre è costituita principalmente da due gas: azoto (78%) e ossigeno (21%). Inoltre, contiene impurità di anidride carbonica e altri gas. nell'atmosfera esiste sotto forma di vapore, goccioline di umidità nelle nuvole e cristalli di ghiaccio.

Strati dell'atmosfera

L'atmosfera è composta da molti strati, tra i quali non esistono confini chiari. Temperature diversi strati notevolmente diversi tra loro.

Magnetosfera senz'aria. È qui che la maggior parte dei satelliti della Terra vola al di fuori dell'atmosfera terrestre. Esosfera (450-500 km dalla superficie). Quasi nessun gas. Alcuni satelliti meteorologici volano nell'esosfera. La termosfera (80-450 km) è caratterizzata da alte temperature, che raggiungono i 1700°C nello strato superiore. Mesosfera (50-80 km). In questa zona la temperatura diminuisce man mano che aumenta l'altitudine. È qui che brucia la maggior parte dei meteoriti (frammenti di rocce spaziali) che entrano nell'atmosfera. Stratosfera (15-50 km). Contiene strato di ozono, cioè uno strato di ozono che assorbe la radiazione ultravioletta del sole. Ciò fa sì che le temperature vicino alla superficie terrestre aumentino. Gli aerei a reazione di solito volano qui perché La visibilità in questo strato è molto buona e non c'è quasi nessuna interferenza causata dalle condizioni atmosferiche. Troposfera. L'altezza varia da 8 a 15 km dalla superficie terrestre. È qui che si forma il clima del pianeta, poiché in Questo strato contiene la maggior parte di vapore acqueo, polvere e venti. La temperatura diminuisce con la distanza dalla superficie terrestre.

Pressione atmosferica

Anche se non lo sentiamo, gli strati dell'atmosfera esercitano una pressione sulla superficie terrestre. È più alto vicino alla superficie e man mano che ci si allontana da essa diminuisce gradualmente. Dipende dalla differenza di temperatura tra terra e oceano, e quindi in zone situate alla stessa altitudine sul livello del mare spesso si hanno pressioni diverse. La bassa pressione porta tempo umido, mentre l'alta pressione solitamente porta tempo sereno.

Movimento delle masse d'aria nell'atmosfera

E le pressioni costringono gli strati inferiori dell’atmosfera a mescolarsi. È così che sorgono i venti, che soffiano dalle regioni alta pressione nella zona bassa. In molte regioni si formano venti locali anche a causa delle differenze di temperatura tra terra e mare. Anche le montagne hanno influenza significativa alla direzione dei venti.

Effetto serra

L'anidride carbonica e altri gas che compongono l'atmosfera terrestre intrappolano il calore del sole. Questo processo è comunemente chiamato effetto serra, poiché è per molti versi simile alla circolazione del calore nelle serre. L'effetto serra comporta il riscaldamento globale sul pianeta. Nelle zone di alta pressione - anticicloni - inizia il tempo sereno e soleggiato. Nelle regioni bassa pressione- cicloni: il tempo è solitamente instabile. Calore e luce che entrano nell'atmosfera. I gas intrappolano il calore riflesso dalla superficie terrestre, provocando così un aumento della temperatura sulla Terra.

Nella stratosfera c'è uno speciale strato di ozono. L'ozono blocca la maggior parte delle radiazioni ultraviolette del sole, proteggendo la Terra e tutta la vita su di essa. Gli scienziati hanno scoperto che la causa della distruzione dello strato di ozono sono gli speciali gas di biossido di clorofluorocarburo contenuti in alcuni aerosol e apparecchiature di refrigerazione. Sopra l'Artico e l'Antartide sono stati scoperti enormi buchi nello strato di ozono, che contribuiscono ad un aumento della quantità di radiazioni ultraviolette che colpiscono la superficie terrestre.

L'ozono si forma nella bassa atmosfera a causa della radiazione solare e di vari fumi e gas di scarico. Di solito è disperso nell'atmosfera, ma se uno strato chiuso di aria fredda si forma sotto uno strato di aria calda, si concentra l'ozono e si verifica lo smog. Sfortunatamente, questo non può sostituire l’ozono perso nei buchi dell’ozono.

In questa fotografia satellitare è chiaramente visibile un buco nello strato di ozono sopra l’Antartide. La dimensione del buco varia, ma gli scienziati ritengono che sia in costante crescita. Si stanno compiendo sforzi per ridurre il livello dei gas di scarico nell'atmosfera. L’inquinamento atmosferico dovrebbe essere ridotto e nelle città dovrebbero essere utilizzati combustibili senza fumo. Lo smog provoca irritazione agli occhi e soffocamento per molte persone.

La nascita e l'evoluzione dell'atmosfera terrestre

L'atmosfera moderna della Terra è il risultato di un lungo periodo sviluppo evolutivo. È nato come risultato dell'azione combinata di fattori geologici e dell'attività vitale degli organismi. Nel corso della storia geologica, l’atmosfera terrestre ha subito diversi profondi cambiamenti. Sulla base dei dati geologici e delle premesse teoriche, l'atmosfera primordiale della giovane Terra, che esisteva circa 4 miliardi di anni fa, potrebbe essere costituita da una miscela di gas inerti e nobili con una piccola aggiunta di azoto passivo (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993). Attualmente, la visione sulla composizione e la struttura dell'atmosfera primordiale è leggermente cambiata, vecchia di 4,2 miliardi di anni, potrebbe essere costituita da una miscela di metano, ammoniaca e diossido di carbonio. Come risultato del degassamento del mantello e dei processi di alterazione attiva che si verificano sulla superficie terrestre, vapore acqueo, composti di carbonio sotto forma di CO 2 e CO, zolfo e suoi composti, nonché acidi alogeni forti - HCI, HF, HI e acido borico, iniziarono ad entrare nell'atmosfera, a cui furono aggiunti metano, ammoniaca, idrogeno, argon e alcuni altri gas nobili presenti nell'atmosfera. Questa atmosfera primordiale era estremamente sottile. Pertanto, la temperatura sulla superficie terrestre era vicina alla temperatura di equilibrio radiativo (A. S. Monin, 1977).

Nel corso del tempo, la composizione del gas dell'atmosfera primaria ha cominciato a trasformarsi sotto l'influenza dei processi di alterazione delle rocce sporgenti sulla superficie terrestre, dell'attività dei cianobatteri e delle alghe blu-verdi, dei processi vulcanici e dell'azione della luce solare. Ciò ha portato alla decomposizione del metano in anidride carbonica, dell'ammoniaca in azoto e idrogeno; L'anidride carbonica, che lentamente affondò sulla superficie terrestre, e l'azoto iniziarono ad accumularsi nell'atmosfera secondaria. Grazie all'attività vitale delle alghe blu-verdi, nel processo di fotosintesi si cominciò a produrre ossigeno, che però all'inizio veniva speso principalmente per “l'ossidazione dei gas atmosferici, e poi delle rocce. Allo stesso tempo, l'ammoniaca, ossidata in azoto molecolare, iniziò ad accumularsi intensamente nell'atmosfera. Si presume che una quantità significativa di azoto nell'atmosfera moderna sia relitta. Il metano e il monossido di carbonio furono ossidati in anidride carbonica. Lo zolfo e l'idrogeno solforato furono ossidati in SO 2 e SO 3 che, a causa della loro elevata mobilità e leggerezza, furono rapidamente rimossi dall'atmosfera. Pertanto, l'atmosfera da un'atmosfera riducente, come era nell'Archeano e nel Proterozoico inferiore, si trasformò gradualmente in un'atmosfera ossidante.

L'anidride carbonica è entrata nell'atmosfera sia a seguito dell'ossidazione del metano che a seguito del degassamento del mantello e dell'erosione delle rocce. Nel caso in cui tutta l'anidride carbonica rilasciata nel corso dell'intera storia della Terra fosse preservata nell'atmosfera, la sua pressione parziale attualmente potrebbe diventare la stessa di Venere (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Ma sulla Terra era in atto il processo inverso. Una parte significativa dell'anidride carbonica proveniente dall'atmosfera veniva dissolta nell'idrosfera, nella quale veniva utilizzata dagli idrobionti per costruire i loro gusci e convertita biogenicamente in carbonati. Successivamente da essi si sono formati spessi strati di carbonati chemogenici e organogeni.

L'ossigeno è entrato nell'atmosfera da tre fonti. Per molto tempo, a partire dall'origine della Terra, è stato rilasciato durante il degassamento del mantello ed è stato utilizzato principalmente nei processi ossidativi. Un'altra fonte di ossigeno è stata la fotodissociazione del vapore acqueo ad opera della dura radiazione solare ultravioletta. Apparizioni; l'ossigeno libero nell'atmosfera portò alla morte della maggior parte dei procarioti che vivevano in condizioni riducenti. Gli organismi procarioti hanno cambiato il loro habitat. Hanno lasciato la superficie della Terra nelle sue profondità e nelle aree dove rimanevano ancora le condizioni di recupero. Furono sostituiti dagli eucarioti, che iniziarono a convertire energicamente l'anidride carbonica in ossigeno.

Durante l'Archeano e una parte significativa del Proterozoico, quasi tutto l'ossigeno derivante sia in modo abiogenico che biogenico veniva speso principalmente per l'ossidazione del ferro e dello zolfo. Alla fine del Proterozoico, tutto il ferro metallico bivalente situato sulla superficie terrestre si ossidava o si spostava nel nucleo terrestre. Ciò causò un cambiamento nella pressione parziale dell'ossigeno nell'atmosfera del Proterozoico iniziale.

A metà del Proterozoico, la concentrazione di ossigeno nell'atmosfera raggiunse il punto Jury e ammontava allo 0,01% del livello moderno. A partire da questo momento, l'ossigeno cominciò ad accumularsi nell'atmosfera e, probabilmente, già alla fine del Riphean il suo contenuto raggiunse il punto Pasteur (0,1% del livello moderno). È possibile che lo strato di ozono sia apparso durante il periodo Vendiano e che non sia mai scomparso.

La comparsa dell'ossigeno libero nell'atmosfera terrestre stimolò l'evoluzione della vita e portò alla nascita di nuove forme con metabolismo più avanzato. Se le prime alghe unicellulari eucariotiche e la cyanea, apparse all'inizio del Proterozoico, richiedevano un contenuto di ossigeno nell'acqua di soli 10 -3 della sua concentrazione moderna, con l'emergere dei metazoi non scheletrici alla fine del Vendiano inferiore, cioè circa 650 milioni di anni fa, la concentrazione di ossigeno nell'atmosfera dovrebbe essere significativamente più alta. Dopotutto, Metazoa utilizzava la respirazione dell'ossigeno e ciò richiedeva che la pressione parziale dell'ossigeno raggiungesse un livello critico: il punto Pasteur. In questo caso il processo di fermentazione anaerobica è stato sostituito da un metabolismo dell'ossigeno energeticamente più promettente e progressivo.

Successivamente, si è verificato abbastanza rapidamente un ulteriore accumulo di ossigeno nell'atmosfera terrestre. Il progressivo aumento del volume delle alghe azzurre ha contribuito al raggiungimento nell'atmosfera del livello di ossigeno necessario al sostentamento vitale del mondo animale. Una certa stabilizzazione del contenuto di ossigeno nell'atmosfera si è verificata dal momento in cui le piante hanno raggiunto la terra, circa 450 milioni di anni fa. L'emergere delle piante sulla terra, avvenuto nel periodo Siluriano, portò alla stabilizzazione finale dei livelli di ossigeno nell'atmosfera. Da quel momento in poi la sua concentrazione cominciò a fluttuare entro limiti piuttosto ristretti, senza mai superare i limiti dell'esistenza della vita. La concentrazione di ossigeno nell'atmosfera si è completamente stabilizzata dalla comparsa delle piante da fiore. Questo evento si verificò a metà del periodo Cretaceo, cioè circa 100 milioni di anni fa.

La maggior parte dell'azoto si è formata nelle prime fasi dello sviluppo della Terra, principalmente a causa della decomposizione dell'ammoniaca. Con la comparsa degli organismi iniziò il processo di legame dell'azoto atmosferico nella materia organica e di seppellimento nei sedimenti marini. Dopo che gli organismi raggiunsero la terra, l'azoto cominciò a essere sepolto nei sedimenti continentali. I processi di lavorazione dell'azoto libero si sono particolarmente intensificati con l'avvento delle piante terrestri.

A cavallo tra il Criptozoico e il Fanerozoico, cioè circa 650 milioni di anni fa, il contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera diminuì fino a decimi di punto percentuale, e il contenuto era vicino a livello moderno, è arrivato solo molto recentemente, circa 10-20 milioni di anni fa.

Pertanto, la composizione gassosa dell'atmosfera non solo ha fornito spazio vitale agli organismi, ma ha anche determinato le caratteristiche della loro attività vitale e ha contribuito all'insediamento e all'evoluzione. Le interruzioni emergenti nella distribuzione della composizione gassosa dell'atmosfera favorevole agli organismi, sia per ragioni cosmiche che planetarie, portarono alle estinzioni di massa del mondo organico, che si verificarono ripetutamente durante il Criptozoico e ad alcuni confini della storia del Fanerozoico.

Funzioni etnosferiche dell'atmosfera

L'atmosfera terrestre fornisce sostanza necessaria, energia e determina la direzione e la velocità dei processi metabolici. La composizione del gas dell'atmosfera moderna è ottimale per l'esistenza e lo sviluppo della vita. Essendo l'area in cui si formano il tempo e il clima, l'atmosfera deve creare condizioni confortevoli per la vita delle persone, degli animali e della vegetazione. Si creano deviazioni in una direzione o nell'altra nella qualità dell'aria atmosferica e delle condizioni meteorologiche condizioni estreme per la vita del mondo animale e vegetale, compreso l’uomo.

L'atmosfera terrestre non solo fornisce le condizioni per l'esistenza dell'umanità, ma è il fattore principale nell'evoluzione dell'etnosfera. Allo stesso tempo risulta essere una risorsa energetica e di materia prima per la produzione. In generale, l'atmosfera è un fattore che preserva la salute umana, e alcune aree, a causa delle condizioni fisico-geografiche e della qualità dell'aria atmosferica, fungono da aree ricreative e sono aree destinate al trattamento sanatorio-resort e alla ricreazione delle persone. Pertanto, l’atmosfera è un fattore di impatto estetico ed emotivo.

Le funzioni etnosfera e tecnosfera dell'atmosfera, definite abbastanza recentemente (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), richiedono uno studio indipendente e approfondito. Pertanto, lo studio delle funzioni energetiche atmosferiche è molto rilevante, sia dal punto di vista del verificarsi e del funzionamento di processi che danneggiano l'ambiente, sia dal punto di vista dell'impatto sulla salute e sul benessere delle persone. In questo caso stiamo parlando sull'energia dei cicloni e degli anticicloni, dei vortici atmosferici, della pressione atmosferica e di altri fenomeni atmosferici estremi, il cui utilizzo efficace contribuirà alla soluzione efficace del problema dell'ottenimento di fonti energetiche alternative non inquinanti. Dopotutto, l'ambiente aereo, in particolare quella parte che si trova sopra l'Oceano Mondiale, è un'area in cui viene rilasciata un'enorme quantità di energia libera.

Ad esempio, è stato accertato che i cicloni tropicali di media intensità rilasciano un'energia equivalente a quella di 500mila bombe atomiche sganciate su Hiroshima e Nagasaki in un solo giorno. In 10 giorni di esistenza di un tale ciclone, viene rilasciata energia sufficiente per soddisfare tutto il fabbisogno energetico di un paese come gli Stati Uniti per 600 anni.

Negli ultimi anni sono stati pubblicati numerosi lavori di scienziati naturali, in un modo o nell'altro relativi a vari aspetti dell'attività e all'influenza dell'atmosfera su processi terrestri, che indica l’intensificarsi delle interazioni interdisciplinari in scienza naturale moderna. Allo stesso tempo si manifesta il ruolo integrativo di alcune delle sue direzioni, tra le quali va segnalata la direzione funzionale-ecologica in geoecologia.

Questa direzione stimola l'analisi e la generalizzazione teorica sulle funzioni ecologiche e sul ruolo planetario delle varie geosfere, e questo, a sua volta, è un importante prerequisito per lo sviluppo della metodologia e fondamenti scientifici studio olistico del nostro pianeta, uso razionale e tutela delle sue risorse naturali.

L'atmosfera terrestre è costituita da diversi strati: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera, ionosfera ed esosfera. Nella parte superiore della troposfera e nella parte inferiore della stratosfera si trova uno strato arricchito di ozono, chiamato scudo di ozono. Sono stati stabiliti alcuni modelli (giornalieri, stagionali, annuali, ecc.) nella distribuzione dell'ozono. Fin dalla sua origine, l'atmosfera ha influenzato il corso dei processi planetari. La composizione primaria dell'atmosfera era completamente diversa da quella attuale, ma nel tempo la quota e il ruolo dell'azoto molecolare aumentarono costantemente, circa 650 milioni di anni fa apparve l'ossigeno libero, la cui quantità aumentava continuamente, ma la concentrazione di anidride carbonica diminuito di conseguenza. L'elevata mobilità dell'atmosfera, la sua composizione gassosa e la presenza di aerosol ne determinano il ruolo eccezionale e Partecipazione attiva in una varietà di processi geologici e della biosfera. L'atmosfera gioca un ruolo importante nella ridistribuzione dell'energia solare e nello sviluppo di catastrofici fenomeni naturali e disastri. Impatto negativo Il mondo organico e i sistemi naturali sono influenzati dai vortici atmosferici: tornado (tornado), uragani, tifoni, cicloni e altri fenomeni. Le principali fonti di inquinamento, insieme ai fattori naturali, sono varie forme di attività economica umana. Gli impatti antropogenici sull’atmosfera si esprimono non solo nella comparsa di vari aerosol e gas serra, ma anche nell’aumento della quantità di vapore acqueo e si manifestano sotto forma di smog e piogge acide. I gas serra modificano il regime di temperatura della superficie terrestre; le emissioni di alcuni gas riducono il volume dello strato di ozono e contribuiscono alla formazione dei buchi dell'ozono; Il ruolo etnosferico dell'atmosfera terrestre è grande.

Il ruolo dell'atmosfera nei processi naturali

L'atmosfera superficiale, nel suo stato intermedio tra la litosfera e lo spazio esterno e la sua composizione gassosa, crea le condizioni per la vita degli organismi. Allo stesso tempo, l'erosione e l'intensità della distruzione delle rocce, il trasferimento e l'accumulo di materiale clastico dipendono dalla quantità, natura e frequenza delle precipitazioni, dalla frequenza e dalla forza dei venti e soprattutto dalla temperatura dell'aria. L'atmosfera è una componente centrale sistema climatico. Temperatura e umidità dell'aria, nuvolosità e precipitazioni, vento: tutto ciò caratterizza il tempo, ad es. lo stato dell'atmosfera in continuo cambiamento. Allo stesso tempo, questi stessi componenti caratterizzano il clima, cioè il regime meteorologico medio a lungo termine.

La composizione dei gas, la presenza di nuvole e varie impurità, chiamate particelle di aerosol (cenere, polvere, particelle di vapore acqueo), determinano le caratteristiche del passaggio della radiazione solare attraverso l'atmosfera e impediscono la fuoriuscita della radiazione termica terrestre nello spazio.

L'atmosfera terrestre è molto mobile. I processi che si verificano in esso e i cambiamenti nella composizione del gas, nello spessore, nella torbidità, nella trasparenza e nella presenza di alcune particelle di aerosol in esso influenzano sia il tempo che il clima.

L'azione e la direzione dei processi naturali, così come la vita e l'attività sulla Terra, sono determinate dalla radiazione solare. Fornisce il 99,98% del calore fornito alla superficie terrestre. Ogni anno ammonta a 134*1019 kcal. Questa quantità di calore può essere ottenuta bruciando 200 miliardi di tonnellate. carbone. Le riserve di idrogeno che creano questo flusso di energia termonucleare nella massa del Sole dureranno almeno altri 10 miliardi di anni, cioè per un periodo doppio dell'esistenza del nostro pianeta e di esso stesso.

Circa 1/3 numero totale L'energia solare che arriva al limite superiore dell'atmosfera viene riflessa nello spazio, il 13% viene assorbito dallo strato di ozono (compresa quasi tutta la radiazione ultravioletta). Il 7% - il resto dell'atmosfera e solo il 44% raggiunge la superficie terrestre. La radiazione solare totale che raggiunge la Terra ogni giorno è pari all'energia che l'umanità ha ricevuto bruciando tutti i tipi di carburante nell'ultimo millennio.

La quantità e la natura della distribuzione della radiazione solare sulla superficie terrestre dipendono strettamente dalla nuvolosità e dalla trasparenza dell'atmosfera. La quantità di radiazione diffusa è influenzata dall'altezza del Sole sopra l'orizzonte, dalla trasparenza dell'atmosfera, dal contenuto di vapore acqueo, polvere, dalla quantità totale di anidride carbonica, ecc.

La quantità massima di radiazione diffusa raggiunge le regioni polari. Più il Sole è basso sopra l'orizzonte, meno calore entra in una determinata area del terreno.

La trasparenza atmosferica e la nuvolosità sono di grande importanza. In una giornata nuvolosa giorno d'estate solitamente più freddo che in una giornata limpida, poiché la nuvolosità diurna impedisce il riscaldamento della superficie terrestre.

La polverosità dell'atmosfera gioca un ruolo importante nella distribuzione del calore. Le particelle solide finemente disperse di polvere e cenere in esso contenute, che ne pregiudicano la trasparenza, influiscono negativamente sulla distribuzione della radiazione solare, la maggior parte della quale viene riflessa. Le particelle fini entrano nell'atmosfera in due modi: o con la cenere emessa durante le eruzioni vulcaniche, o con la polvere del deserto trasportata dai venti provenienti dalle aride regioni tropicali e subtropicali. Soprattutto molta di questa polvere si forma durante i periodi di siccità, quando le correnti di aria calda la trasportano negli strati superiori dell'atmosfera e possono rimanervi per lungo tempo. Dopo l'eruzione del vulcano Krakatoa nel 1883, la polvere lanciata nell'atmosfera per decine di chilometri rimase nella stratosfera per circa 3 anni. A seguito dell'eruzione del vulcano El Chichon (Messico) del 1985, la polvere ha raggiunto l'Europa, e quindi si è verificato un leggero calo della temperatura superficiale.

L'atmosfera terrestre contiene quantità variabili di vapore acqueo. In termini assoluti in peso o volume, la sua quantità varia dal 2 al 5%.

Il vapore acqueo, come l’anidride carbonica, aumenta l’effetto serra. Nelle nuvole e nelle nebbie che si formano nell'atmosfera si verificano processi fisici e chimici peculiari.

La fonte primaria di vapore acqueo nell'atmosfera è la superficie degli oceani. Da esso ogni anno evapora uno strato d'acqua con uno spessore compreso tra 95 e 110 cm. Parte dell'umidità ritorna nell'oceano dopo la condensazione, mentre l'altra parte viene diretta dalle correnti d'aria verso i continenti. Nelle regioni clima umido variabile le precipitazioni inumidiscono il terreno e creano riserve nelle zone umide acque sotterranee. Pertanto, l'atmosfera è un accumulatore di umidità e un serbatoio di precipitazioni. e le nebbie che si formano nell'atmosfera forniscono umidità alla copertura del suolo e svolgono quindi un ruolo decisivo nello sviluppo della flora e della fauna.

L'umidità atmosferica è distribuita sulla superficie terrestre a causa della mobilità dell'atmosfera. Ha un molto un sistema complesso venti e distribuzione della pressione. A causa del fatto che l'atmosfera è in continuo movimento, la natura e l'entità della distribuzione dei flussi di vento e della pressione cambiano costantemente. La scala della circolazione varia da quella micrometeorologica, con una dimensione di sole poche centinaia di metri, a quella globale di diverse decine di migliaia di chilometri. Enormi vortici atmosferici partecipano alla creazione di sistemi di correnti d'aria su larga scala e determinano la circolazione generale dell'atmosfera. Inoltre, sono fonti di fenomeni atmosferici catastrofici.

La distribuzione delle condizioni meteorologiche e climatiche e il funzionamento della materia vivente dipendono dalla pressione atmosferica. Se la pressione atmosferica oscilla entro limiti limitati, non gioca un ruolo decisivo nel benessere delle persone e nel comportamento degli animali e non influisce sulle funzioni fisiologiche delle piante. Le variazioni di pressione sono solitamente associate a fenomeni frontali e cambiamenti meteorologici.

La pressione atmosferica è di fondamentale importanza per la formazione del vento che, essendo un fattore di formazione dei rilievi, ha un forte impatto sul mondo animale e vegetale.

Il vento può sopprimere la crescita delle piante e allo stesso tempo favorire il trasferimento dei semi. Il ruolo del vento nel modellare le condizioni meteorologiche e climatiche è eccezionale. Agisce anche come regolatore delle correnti marine. Il vento, come uno dei fattori esogeni, contribuisce all'erosione e allo sgonfiamento del materiale esposto agli agenti atmosferici su lunghe distanze.

Ruolo ecologico e geologico dei processi atmosferici

Una diminuzione della trasparenza dell'atmosfera dovuta alla comparsa di particelle di aerosol e polvere solida al suo interno influenza la distribuzione della radiazione solare, aumentando l'albedo o la riflettività. Allo stesso risultato portano varie reazioni chimiche che provocano la decomposizione dell'ozono e la generazione di nubi “perlate” costituite da vapore acqueo. I cambiamenti globali nella riflettività, così come i cambiamenti nei gas atmosferici, principalmente i gas serra, sono responsabili del cambiamento climatico.

Il riscaldamento irregolare, che provoca differenze nella pressione atmosferica su diverse parti della superficie terrestre, porta alla circolazione atmosferica, che è la caratteristica della troposfera. Quando si verifica una differenza di pressione, l'aria fuoriesce dalle aree ipertensione alla regione bassa pressione. Questi movimenti delle masse d'aria, insieme all'umidità e alla temperatura, determinano le principali caratteristiche ecologiche e geologiche dei processi atmosferici.

A seconda della velocità, il vento compie vari lavori geologici sulla superficie terrestre. Ad una velocità di 10 m/s scuote i grossi rami degli alberi sollevando e trasportando polvere e sabbia fine; rompe i rami degli alberi ad una velocità di 20 m/s, trasporta sabbia e ghiaia; con una velocità di 30 m/s (tempesta) strappa i tetti delle case, sradica alberi, rompe pali, sposta sassi e trasporta piccole macerie, e un vento di uragano con una velocità di 40 m/s distrugge case, rompe e demolisce energia elettrica linea pali, sradica alberi di grandi dimensioni.

Grande impatto ambientale negativo da conseguenze catastrofiche sono causati da burrasche e tornado (tornado) - vortici atmosferici che si formano nella stagione calda su potenti fronti atmosferici, con velocità fino a 100 m/s. Le raffiche sono trombe d'aria orizzontali con velocità del vento da uragano (fino a 60-80 m/s). Sono spesso accompagnati da forti acquazzoni e temporali che durano da alcuni minuti a mezz'ora. Le raffiche coprono aree larghe fino a 50 km e percorrono una distanza di 200-250 km. Nel 1998 un temporale a Mosca e nella regione di Mosca danneggiò i tetti di molte case e abbatté alberi.

I tornado, chiamati tornado in Nord America, sono potenti vortici atmosferici a forma di imbuto, spesso associati a nubi temporalesche. Si tratta di colonne d'aria che si assottigliano al centro con un diametro da diverse decine a centinaia di metri. Un tornado ha l'aspetto di un imbuto, molto simile alla proboscide di un elefante, che scende dalle nuvole o sale dalla superficie della terra. Possedere una forte scarsità e ad alta velocità rotazione, il tornado percorre fino a diverse centinaia di chilometri, aspirando polvere, acqua da serbatoi e oggetti vari. I potenti tornado sono accompagnati da temporali, pioggia e hanno un grande potere distruttivo.

I tornado si verificano raramente nelle regioni subpolari o equatoriali, dove fa costantemente freddo o caldo. Ci sono pochi tornado in mare aperto. I tornado si verificano in Europa, Giappone, Australia, Stati Uniti e in Russia sono particolarmente frequenti nella regione centrale della Terra Nera, nelle regioni di Mosca, Yaroslavl, Nizhny Novgorod e Ivanovo.

I tornado sollevano e spostano automobili, case, carrozze e ponti. Negli Stati Uniti si osservano tornado particolarmente distruttivi. Ogni anno si verificano dai 450 ai 1500 tornado con un bilancio medio delle vittime di circa 100 persone. I tornado sono processi atmosferici catastrofici ad azione rapida. Si formano in soli 20-30 minuti e la loro durata è di 30 minuti. Pertanto, è quasi impossibile prevedere l'ora e il luogo dei tornado.

Altri vortici atmosferici distruttivi ma di lunga durata sono i cicloni. Si formano a causa della differenza di pressione, che in determinate condizioni contribuisce all'emergere di un movimento circolare dei flussi d'aria. Vortici atmosferici hanno origine attorno a potenti correnti ascendenti di aria calda umida e con ad alta velocità ruotare in senso orario verso l'interno emisfero sud e in senso antiorario - a nord. I cicloni, a differenza dei tornado, hanno origine dagli oceani e producono i loro effetti distruttivi sui continenti. I principali fattori distruttivi sono forti venti, intense precipitazioni sotto forma di nevicate, acquazzoni, grandine e inondazioni. I venti con velocità di 19 - 30 m/s formano una tempesta, 30 - 35 m/s una tempesta e più di 35 m/s un uragano.

I cicloni tropicali - uragani e tifoni - hanno una larghezza media di diverse centinaia di chilometri. La velocità del vento all'interno del ciclone raggiunge la forza di un uragano. I cicloni tropicali durano da alcuni giorni a diverse settimane e si muovono a velocità comprese tra 50 e 200 km/h. I cicloni alle medie latitudini hanno un diametro maggiore. Le loro dimensioni trasversali vanno da mille a diverse migliaia di chilometri e la velocità del vento è tempestosa. Si muovono nell'emisfero settentrionale da ovest e sono accompagnati da grandine e nevicate, che sono di natura catastrofica. In termini di numero di vittime e danni causati, i cicloni e gli uragani e i tifoni ad essi associati rappresentano il più grande fenomeno atmosferico naturale dopo le inondazioni. Nelle aree densamente popolate dell’Asia, il bilancio delle vittime degli uragani è di migliaia. Nel 1991 in Bangladesh, durante un uragano che ne provocò la formazione onde del mare 6 m di altezza, morirono 125mila persone. I tifoni causano gravi danni agli Stati Uniti. Allo stesso tempo muoiono decine e centinaia di persone. Nell’Europa occidentale, gli uragani causano meno danni.

I temporali sono considerati un fenomeno atmosferico catastrofico. Si verificano quando l'aria calda e umida sale molto rapidamente. Al confine tra tropicale e zone subtropicali i temporali si verificano 90-100 giorni all'anno, nella zona temperata 10-30 giorni. Nel nostro paese, il maggior numero di temporali si verifica nel Caucaso settentrionale.

I temporali di solito durano meno di un'ora. Particolarmente pericolosi sono gli acquazzoni intensi, la grandine, i fulmini, le raffiche di vento e le correnti d'aria verticali. Il pericolo di grandine è determinato dalla dimensione dei chicchi di grandine. Nel Caucaso settentrionale, la massa dei chicchi di grandine una volta raggiungeva 0,5 kg e in India sono stati registrati chicchi di grandine del peso di 7 kg. Le aree urbane più pericolose del nostro paese si trovano nel Caucaso settentrionale. Nel luglio 1992, la grandine danneggiò 18 aerei all'aeroporto Mineralnye Vody.

I fenomeni atmosferici pericolosi includono i fulmini. Uccidono persone, bestiame, provocano incendi e danneggiano la rete elettrica. Ogni anno nel mondo muoiono circa 10.000 persone a causa dei temporali e delle loro conseguenze. Inoltre, in alcune zone dell'Africa, della Francia e degli Stati Uniti, il numero delle vittime dei fulmini è maggiore rispetto ad altri fenomeni naturali. Il danno economico annuale derivante dai temporali negli Stati Uniti ammonta ad almeno 700 milioni di dollari.

La siccità è tipica delle regioni desertiche, steppiche e forestali. La mancanza di precipitazioni provoca l'essiccamento del suolo, l'abbassamento del livello delle falde acquifere e dei bacini artificiali fino al completo prosciugamento. La carenza di umidità porta alla morte della vegetazione e dei raccolti. La siccità è particolarmente grave in Africa, nel Vicino e Medio Oriente, in Asia centrale e nel Sud del Nord America.

La siccità modifica le condizioni di vita degli esseri umani e ha un effetto negativo sull’ambiente naturale attraverso processi quali la salinizzazione del suolo, i venti secchi, le tempeste di polvere, l’erosione del suolo e gli incendi boschivi. Gli incendi sono particolarmente gravi durante i periodi di siccità nelle aree della taiga, tropicali e sub-tropicali. foreste tropicali e savane.

Le siccità sono processi a breve termine che durano una stagione. Quando la siccità dura più di due stagioni, c’è il rischio di carestia e mortalità di massa. In genere, la siccità colpisce uno o più paesi. Siccità prolungate con conseguenze tragiche si verificano particolarmente spesso nella regione africana del Sahel.

Fenomeni atmosferici come nevicate, forti piogge di breve durata e piogge persistenti e prolungate causano ingenti danni. Le nevicate provocano massicce valanghe in montagna, mentre il rapido scioglimento della neve caduta e le piogge prolungate provocano inondazioni. L'enorme massa d'acqua che cade sulla superficie terrestre, soprattutto nelle zone prive di alberi, provoca una grave erosione del suolo. Si registra una crescita intensiva dei sistemi a travi. Le alluvioni nascono a seguito di grandi piene durante periodi di forti precipitazioni o di acqua alta dopo un improvviso riscaldamento o scioglimento primaverile delle nevi e, quindi, in origine appartengono a fenomeni atmosferici (sono discussi nel capitolo dedicato ruolo ecologico idrosfera).

Cambiamenti atmosferici antropogenici

Attualmente esistono molte diverse fonti antropiche che causano inquinamento atmosferico e portano a gravi disturbi nell’equilibrio ecologico. In termini di scala, l’impatto maggiore sull’atmosfera proviene da due fonti: i trasporti e l’industria. In media, i trasporti rappresentano circa il 60% dell'inquinamento atmosferico totale, l'industria - 15, l'energia termica - 15, le tecnologie per la distruzione dei rifiuti domestici e industriali - 10%.

I trasporti, a seconda del carburante utilizzato e del tipo di ossidanti, emettono nell'atmosfera ossidi di azoto, zolfo, ossidi e biossidi di carbonio, piombo e suoi composti, fuliggine, benzopirene (una sostanza del gruppo dei policiclici idrocarburi aromatici, che è un potente cancerogeno che provoca il cancro della pelle).

L'industria emette nell'atmosfera anidride solforosa, ossidi e biossido di carbonio, idrocarburi, ammoniaca, idrogeno solforato, acido solforico, fenolo, cloro, fluoro e altri composti chimici. Ma la posizione dominante tra le emissioni (fino all'85%) è occupata dalle polveri.

A causa dell’inquinamento, la trasparenza dell’atmosfera cambia, provocando aerosol, smog e piogge acide.

Gli aerosol sono sistemi dispersi costituiti da particelle solide o goccioline liquide sospese in un ambiente gassoso. La dimensione delle particelle della fase dispersa è solitamente 10 -3 -10 -7 cm. A seconda della composizione della fase dispersa, gli aerosol sono divisi in due gruppi. Uno include aerosol costituiti da particelle solide disperse in un mezzo gassoso, il secondo include aerosol che sono una miscela di fasi gassose e liquide. I primi sono chiamati fumi e i secondi nebbie. Nel processo della loro formazione, i centri di condensazione svolgono un ruolo importante. I nuclei di condensazione sono cenere vulcanica, polvere cosmica, prodotti delle emissioni industriali, vari batteri, ecc. Il numero di possibili fonti di nuclei di concentrazione è in costante crescita. Quindi, ad esempio, quando l'erba secca viene distrutta da un incendio su un'area di 4000 m 2, si formano in media 11 * 10 22 nuclei di aerosol.

Gli aerosol hanno iniziato a formarsi dal momento in cui il nostro pianeta è apparso e influenzato condizioni naturali. Tuttavia la loro quantità e le loro azioni, in equilibrio con il ciclo generale delle sostanze presenti in natura, non hanno provocato profondi cambiamenti ambientali. I fattori antropogenici della loro formazione hanno spostato questo equilibrio verso significativi sovraccarichi della biosfera. Questa caratteristica è diventata particolarmente evidente da quando l'umanità ha iniziato a utilizzare aerosol appositamente creati sia sotto forma di sostanze tossiche che per la protezione delle piante.

I più pericolosi per la vegetazione sono gli aerosol di anidride solforosa, acido fluoridrico e azoto. Quando entrano in contatto con la superficie fogliare umida, formano acidi che hanno un effetto dannoso sugli esseri viventi. Le nebbie acide entrano insieme all'aria inalata negli organi respiratori degli animali e dell'uomo e hanno un effetto aggressivo sulle mucose. Alcuni di essi decompongono i tessuti viventi e gli aerosol radioattivi provocano il cancro. Tra gli isotopi radioattivi, l'Sg 90 è particolarmente pericoloso non solo per la sua cancerogenicità, ma anche come analogo del calcio, sostituendolo nelle ossa degli organismi, provocandone la decomposizione.

Durante esplosioni nucleari Nell'atmosfera si formano nubi di aerosol radioattivi. Piccole particelle con un raggio compreso tra 1 e 10 micron cadono non solo negli strati superiori della troposfera, ma anche nella stratosfera, nella quale possono essere a lungo. Nuvole di aerosol si formano anche durante il funzionamento dei reattori negli impianti industriali che producono combustibile nucleare, nonché a seguito di incidenti nelle centrali nucleari.

Lo smog è una miscela di aerosol con fasi liquide e solide disperse, che formano una cortina di nebbia sulle aree industriali e sulle grandi città.

Esistono tre tipi di smog: ghiacciato, umido e secco. Lo smog ghiacciato è chiamato smog dell’Alaska. Si tratta di una combinazione di inquinanti gassosi con l'aggiunta di particelle di polvere e cristalli di ghiaccio che si formano quando le goccioline di nebbia e il vapore degli impianti di riscaldamento si congelano.

Lo smog umido, o smog di tipo londinese, è talvolta chiamato smog invernale. Si tratta di una miscela di inquinanti gassosi (principalmente anidride solforosa), particelle di polvere e goccioline di nebbia. Il prerequisito meteorologico per la comparsa dello smog invernale è il tempo senza vento, in cui uno strato di aria calda si trova sopra lo strato di aria fredda del suolo (sotto i 700 m). In questo caso non c’è solo scambio orizzontale, ma anche verticale. Gli inquinanti, solitamente dispersi negli strati alti, in questo caso si accumulano nello strato superficiale.

Lo smog secco si verifica durante l'estate ed è spesso chiamato smog di tipo Los Angeles. È una miscela di ozono, monossido di carbonio, ossidi di azoto e vapori acidi. Tale smog si forma a seguito della decomposizione degli inquinanti ad opera della radiazione solare, in particolare della sua parte ultravioletta. Il prerequisito meteorologico è l'inversione atmosferica, espressa nella comparsa di uno strato di aria fredda sopra l'aria calda. Tipicamente i gas e le particelle solide sollevate dalle correnti d'aria calda vengono poi disperse negli strati freddi superiori, ma in questo caso si accumulano nello strato di inversione. Nel processo di fotolisi, i biossidi di azoto formati durante la combustione del carburante nei motori delle automobili si decompongono:

NO2 → NO+O

Quindi avviene la sintesi dell'ozono:

O + O 2 + M → O 3 + M

NO + O → NO 2

I processi di fotodissociazione sono accompagnati da un bagliore giallo-verde.

Inoltre si verificano reazioni del tipo: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, cioè una forte acido solforico.

Con un cambiamento delle condizioni meteorologiche (comparsa del vento o cambiamento dell'umidità), l'aria fredda si dissipa e lo smog scompare.

La presenza di sostanze cancerogene nello smog porta a problemi respiratori, irritazione delle mucose, disturbi circolatori, soffocamento asmatico e spesso alla morte. Lo smog è particolarmente pericoloso per i bambini piccoli.

Le piogge acide sono precipitazioni atmosferiche acidificate dalle emissioni industriali di ossidi di zolfo, di azoto e di vapori di acido perclorico e cloro in essi disciolti. Durante la combustione del carbone e del gas, la maggior parte dello zolfo in esso contenuto, sia sotto forma di ossido che in composti con ferro, in particolare in pirite, pirrotite, calcopirite, ecc., viene convertito in ossido di zolfo, il quale, insieme al anidride carbonica, viene emessa nell'atmosfera. Quando l'azoto atmosferico e le emissioni tecniche si combinano con l'ossigeno, si formano vari ossidi di azoto e il volume degli ossidi di azoto formati dipende dalla temperatura di combustione. La maggior parte degli ossidi di azoto si verifica durante il funzionamento di veicoli e locomotive diesel, mentre una percentuale minore si verifica nel settore energetico e nelle imprese industriali. Gli ossidi di zolfo e di azoto sono i principali formatori di acidi. Quando reagiscono con l'ossigeno atmosferico e il vapore acqueo in esso contenuto, si formano acidi solforico e nitrico.

È noto che l'equilibrio acido-alcalino dell'ambiente è determinato dal valore del pH. Un ambiente neutro ha un valore di pH pari a 7, un ambiente acido ha un valore di pH pari a 0 e un ambiente alcalino ha un valore di pH pari a 14. Nell'era moderna il valore di pH dell'acqua piovana è 5,6, anche se nel recente passato era neutrale. Una diminuzione del valore del pH di uno corrisponde a un aumento di dieci volte dell'acidità e, quindi, attualmente piove quasi ovunque. aumento dell'acidità. L'acidità massima della pioggia registrata nell'Europa occidentale era di 4-3,5 pH. Va tenuto presente che un valore pH di 4-4,5 è letale per la maggior parte dei pesci.

Le piogge acide hanno un effetto aggressivo sulla vegetazione terrestre, sugli edifici industriali e residenziali e contribuiscono ad una significativa accelerazione del disfacimento delle rocce esposte. L'aumento dell'acidità impedisce l'autoregolazione della neutralizzazione dei terreni in cui si dissolvono i nutrienti. A sua volta, ciò porta ad una forte diminuzione della resa e provoca il degrado della copertura vegetale. L'acidità del suolo favorisce il rilascio di terreni pesanti legati, che vengono gradualmente assorbiti dalle piante, causando gravi danni ai tessuti e penetrando nella catena alimentare umana.

Un cambiamento nel potenziale acido-alcalino delle acque marine, soprattutto in acque poco profonde, porta alla cessazione della riproduzione di molti invertebrati, provoca la morte dei pesci e sconvolge l'equilibrio ecologico negli oceani.

A causa delle piogge acide le foreste rischiano di essere distrutte Europa occidentale, Stati baltici, Carelia, Urali, Siberia e Canada.

L’atmosfera è una delle componenti più importanti del nostro pianeta. È lei che "protegge" le persone dalle dure condizioni dello spazio, come la radiazione solare e detriti spaziali. Tuttavia, molti fatti sull’atmosfera sono sconosciuti alla maggior parte delle persone.

1. Vero colore del cielo

Anche se è difficile da credere, il cielo in realtà è viola. Quando la luce entra nell'atmosfera, le particelle di aria e acqua assorbono la luce, disperdendola. Allo stesso tempo, il colore viola è quello che si disperde maggiormente, motivo per cui le persone vedono il cielo azzurro.

2. Un elemento esclusivo nell'atmosfera terrestre

Come molti ricordano dalla scuola, l'atmosfera terrestre è composta per circa il 78% da azoto, per il 21% da ossigeno e piccole quantità di argon, anidride carbonica e altri gas. Ma poche persone sanno che la nostra atmosfera è l'unica attiva questo momento scoperto dagli scienziati (oltre alla cometa 67P) che ha ossigeno libero. Poiché l’ossigeno è un gas altamente reattivo, spesso reagisce con altre sostanze chimiche nello spazio. La sua forma pura sulla Terra rende il pianeta abitabile.

3. Striscia bianca nel cielo

Sicuramente, alcune persone a volte si sono chieste perché dietro un aereo a reazione rimane una striscia bianca nel cielo. Queste scie bianche, note come scie di condensazione, si formano quando i gas di scarico caldi e umidi del motore di un aereo si mescolano con l'aria esterna più fresca. Il vapore acqueo dallo scarico si congela e diventa visibile.

4. Principali strati dell'atmosfera

L'atmosfera terrestre è composta da cinque strati principali che rendono possibile la vita sul pianeta. La prima di queste, la troposfera, si estende dal livello del mare fino a un'altitudine di circa 17 km all'equatore. La maggior parte degli eventi meteorologici si verificano qui.

5. Strato di ozono

Lo strato successivo dell'atmosfera, la stratosfera, raggiunge un'altitudine di circa 50 km all'equatore. Contiene lo strato di ozono, che protegge le persone dai pericolosi raggi ultravioletti. Anche se questo strato si trova al di sopra della troposfera, in realtà potrebbe essere più caldo a causa dell'energia assorbita dai raggi solari. La maggior parte degli aerei a reazione e dei palloni meteorologici volano nella stratosfera. Gli aeroplani possono volare più velocemente perché sono meno influenzati dalla gravità e dall'attrito. I palloni meteorologici possono fornire un quadro migliore delle tempeste, la maggior parte delle quali si verificano più in basso nella troposfera.

6. Mesosfera

La mesosfera è lo strato intermedio, che si estende fino ad un'altezza di 85 km sopra la superficie del pianeta. La sua temperatura si aggira intorno ai -120 °C. La maggior parte delle meteore che entrano nell'atmosfera terrestre bruciano nella mesosfera. Gli ultimi due strati che si estendono nello spazio sono la termosfera e l'esosfera.

7. Scomparsa dell'atmosfera

Molto probabilmente la Terra ha perso la sua atmosfera più volte. Quando il pianeta fu ricoperto da oceani di magma, enormi oggetti interstellari si schiantarono contro di esso. Questi impatti, che hanno formato anche la Luna, potrebbero aver formato per la prima volta l’atmosfera del pianeta.

8. Se non ci fossero i gas atmosferici...

Senza i vari gas presenti nell’atmosfera, la Terra sarebbe troppo fredda per l’esistenza umana. Il vapore acqueo, l'anidride carbonica e altri gas atmosferici assorbono il calore del sole e lo “distribuiscono” sulla superficie del pianeta, contribuendo a creare un clima abitabile.

9. Formazione dello strato di ozono

Il famigerato (ed essenziale) strato di ozono è stato creato quando gli atomi di ossigeno hanno reagito luce ultravioletta sole, formando ozono. È l’ozono che assorbe la maggior parte delle radiazioni nocive provenienti dal sole. Nonostante la sua importanza, lo strato di ozono si è formato relativamente di recente dopo che negli oceani è comparsa abbastanza vita da rilasciare nell’atmosfera la quantità di ossigeno necessaria per creare una concentrazione minima di ozono.

10. Ionosfera

La ionosfera è così chiamata perché le particelle ad alta energia provenienti dallo spazio e dal sole aiutano a formare ioni, creando uno “strato elettrico” attorno al pianeta. Quando non c'erano i satelliti, questo strato aiutava a riflettere le onde radio.

11. Piogge acide

La pioggia acida, che distrugge intere foreste e devasta gli ecosistemi acquatici, si forma nell’atmosfera quando le particelle di anidride solforosa o ossido di azoto si mescolano con il vapore acqueo e cadono al suolo sotto forma di pioggia. Questi composti chimici si trovano anche in natura: l'anidride solforosa viene prodotta durante le eruzioni vulcaniche e l'ossido di azoto viene prodotto durante i fulmini.

12. Potenza del fulmine

Il fulmine è così potente che un solo fulmine può riscaldare l'aria circostante fino a 30.000 °C. Il rapido riscaldamento provoca un'espansione esplosiva dell'aria vicina, che viene udita come un'onda sonora chiamata tuono.

L'aurora boreale e l'aurora australe (aurore settentrionali e meridionali) sono causate da reazioni ioniche che si verificano nel quarto livello dell'atmosfera, la termosfera. Quando le particelle del vento solare altamente cariche si scontrano con le molecole d'aria sopra poli magnetici pianeti, brillano e creano magnifici spettacoli di luci.

14. Tramonti

I tramonti spesso sembrano come se il cielo fosse in fiamme poiché piccole particelle atmosferiche diffondono la luce, riflettendola in tonalità arancioni e gialle. Lo stesso principio è alla base della formazione degli arcobaleni.

Nel 2013, gli scienziati hanno scoperto che minuscoli microbi possono sopravvivere molti chilometri sopra la superficie terrestre. Ad un'altitudine di 8-15 km sopra il pianeta, sono stati scoperti microbi che distruggono le sostanze chimiche organiche e galleggiano nell'atmosfera, “nutrendosi” di loro.

Gli aderenti alla teoria dell'apocalisse e varie altre storie dell'orrore saranno interessati a conoscerle.

Composizione dell'atmosfera. L'involucro d'aria del nostro pianeta - atmosfera protegge la superficie terrestre dagli effetti dannosi delle radiazioni ultraviolette del Sole sugli organismi viventi. Protegge anche la Terra dalle particelle cosmiche: polvere e meteoriti.

L'atmosfera è costituita da una miscela meccanica di gas: il 78% del suo volume è azoto, il 21% è ossigeno e meno dell'1% è elio, argon, kripton e altri gas inerti. La quantità di ossigeno e azoto nell'aria è praticamente invariata, perché l'azoto quasi non si combina con altre sostanze, e l'ossigeno, che, sebbene molto attivo e speso nella respirazione, ossidazione e combustione, viene costantemente reintegrato dalle piante.

Fino ad un'altitudine di circa 100 km la percentuale di questi gas rimane pressoché invariata. Ciò è dovuto al fatto che l'aria è costantemente miscelata.

Oltre ai gas citati, l'atmosfera contiene circa lo 0,03% di anidride carbonica, che solitamente è concentrata vicino alla superficie terrestre e distribuita in modo non uniforme: nelle città, nei centri industriali e nelle aree di attività vulcanica la sua quantità aumenta.

C'è sempre una certa quantità di impurità nell'atmosfera: vapore acqueo e polvere. Il contenuto di vapore acqueo dipende dalla temperatura dell'aria: maggiore è la temperatura, maggiore è la quantità di vapore che l'aria può trattenere. A causa della presenza di acqua vaporosa nell'aria sono possibili fenomeni atmosferici come arcobaleni, rifrazione della luce solare, ecc.

La polvere entra nell'atmosfera durante eruzioni vulcaniche, tempeste di sabbia e polvere, durante la combustione incompleta del carburante nelle centrali termoelettriche, ecc.

La struttura dell'atmosfera. La densità dell'atmosfera cambia con l'altitudine: è massima sulla superficie terrestre e diminuisce man mano che si sale. Pertanto, ad un'altitudine di 5,5 km, la densità dell'atmosfera è 2 volte e ad un'altitudine di 11 km è 4 volte inferiore rispetto allo strato superficiale.

A seconda della densità, composizione e proprietà dei gas, l'atmosfera è divisa in cinque strati concentrici (Fig. 34).

Riso. 34. Sezione verticale dell'atmosfera (stratificazione dell'atmosfera)

1. Lo strato inferiore si chiama troposfera. Il suo confine superiore passa ad un'altitudine di 8-10 km ai poli e di 16-18 km all'equatore. La troposfera contiene fino all'80% della massa totale dell'atmosfera e quasi tutto il vapore acqueo.

La temperatura dell'aria nella troposfera diminuisce con l'altezza di 0,6 °C ogni 100 m e al suo limite superiore è di -45-55 °C.

L'aria nella troposfera è costantemente mescolata e si muove all'interno direzioni diverse. Solo qui si osservano nebbie, piogge, nevicate, temporali, tempeste e altri fenomeni meteorologici.

2. Situato sopra stratosfera, che si estende fino ad un'altitudine di 50-55 km. La densità dell'aria e la pressione nella stratosfera sono trascurabili. L'aria sottile è composta dagli stessi gas della troposfera, ma contiene più ozono. La più alta concentrazione di ozono si osserva ad un'altitudine di 15-30 km. La temperatura nella stratosfera aumenta con l'altitudine e al suo limite superiore raggiunge 0 °C e oltre. Questo perché l’ozono assorbe l’energia a onde corte del sole, provocando il riscaldamento dell’aria.

3. Si trova sopra la stratosfera mesosfera, estendendosi fino ad un'altitudine di 80 km. Lì la temperatura scende nuovamente e raggiunge i -90 °C. La densità dell'aria è 200 volte inferiore a quella della superficie terrestre.

4. Sopra si trova la mesosfera termosfera(da 80 a 800 km). La temperatura in questo strato aumenta: a 150 km di altitudine fino a 220 °C; ad un'altitudine di 600 km fino a 1500 °C. I gas atmosferici (azoto e ossigeno) sono allo stato ionizzato. Sotto l'influenza della radiazione solare a onde corte, i singoli elettroni vengono separati dai gusci degli atomi. Di conseguenza, in questo strato - ionosfera compaiono strati di particelle cariche. Il loro strato più denso si trova ad un'altitudine di 300-400 km. A causa della bassa densità i raggi del sole non si disperdono lì, quindi il cielo è nero, stelle e pianeti brillano intensamente su di esso.

Nella ionosfera ci sono luci polari, Si formano potenti correnti elettriche che causano disturbi nel campo magnetico terrestre.

5. Sopra gli 800 km si trova il guscio esterno - esosfera. La velocità di movimento delle singole particelle nell'esosfera si sta avvicinando al valore critico di 11,2 mm/s, quindi le singole particelle possono superare la gravità e fuggire nello spazio.

Il significato di atmosfera. Il ruolo dell'atmosfera nella vita del nostro pianeta è estremamente grande. Senza di lei la Terra sarebbe morta. L'atmosfera protegge la superficie terrestre dal riscaldamento e dal raffreddamento estremi. Il suo effetto può essere paragonato al ruolo del vetro nelle serre: lascia passare i raggi del sole e previene la perdita di calore.

L'atmosfera protegge gli organismi viventi dalle radiazioni corpuscolari e a onde corte provenienti dal sole. L'atmosfera è l'ambiente in cui si verificano i fenomeni meteorologici, con il quale tutto è connesso attività umana. Lo studio di questo guscio viene effettuato presso le stazioni meteorologiche. Giorno e notte, con qualsiasi tempo, i meteorologi monitorano lo stato dello strato inferiore dell'atmosfera. Quattro volte al giorno e in molte stazioni ogni ora misurano la temperatura, la pressione, l'umidità dell'aria, rilevano la nuvolosità, la direzione e la velocità del vento, la quantità delle precipitazioni, i fenomeni elettrici e sonori nell'atmosfera. Stazioni meteorologiche si trova ovunque: in Antartide e nelle foreste pluviali tropicali, in alta montagna e nelle vaste distese della tundra. Le osservazioni vengono effettuate anche sugli oceani da navi appositamente costruite.

Dagli anni '30. XX secolo le osservazioni iniziarono nell'atmosfera libera. Hanno iniziato a lanciare radiosonde che raggiungono un'altezza di 25-35 km e, utilizzando apparecchiature radio, trasmettono informazioni sulla temperatura, pressione, umidità dell'aria e velocità del vento sulla Terra. Al giorno d'oggi, anche i razzi meteorologici e i satelliti sono ampiamente utilizzati. Questi ultimi dispongono di installazioni televisive che trasmettono immagini della superficie terrestre e delle nuvole.

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5. Il guscio d'aria della terra§ 31. Riscaldamento dell'atmosfera

Lo spessore dell'atmosfera è di circa 120 km dalla superficie terrestre. La massa totale dell'aria nell'atmosfera è (5.1-5.3) 10 18 kg. Di questi, la massa dell'aria secca è 5,1352 ±0,0003 10 18 kg, la massa totale del vapore acqueo è in media 1,27 10 16 kg.

Tropopausa

Lo strato di transizione dalla troposfera alla stratosfera, uno strato dell'atmosfera in cui si arresta la diminuzione della temperatura con l'altezza.

Stratosfera

Uno strato dell'atmosfera situato ad un'altitudine compresa tra 11 e 50 km. Caratterizzato da un leggero cambiamento di temperatura nello strato di 11-25 km (strato inferiore della stratosfera) e un aumento di temperatura nello strato di 25-40 km da −56,5 a 0,8 ° (strato superiore della stratosfera o regione di inversione). Avendo raggiunto un valore di circa 273 K (quasi 0 °C) ad una quota di circa 40 km, la temperatura rimane costante fino ad una quota di circa 55 km. Questa regione a temperatura costante è chiamata stratopausa ed è il confine tra la stratosfera e la mesosfera.

Stratopausa

Lo strato limite dell'atmosfera tra la stratosfera e la mesosfera. Nella distribuzione verticale della temperatura c'è un massimo (circa 0 °C).

Mesosfera

L'atmosfera terrestre

Confine dell'atmosfera terrestre

Termosfera

Il limite superiore è di circa 800 km. La temperatura sale fino a quote di 200-300 km, dove raggiunge valori dell'ordine di 1500 K, dopodiché si mantiene pressoché costante fino a quote elevate. Sotto l'influenza della radiazione solare ultravioletta e dei raggi X e della radiazione cosmica, si verifica la ionizzazione dell'aria ("aurore"): le principali regioni della ionosfera si trovano all'interno della termosfera. Ad altitudini superiori a 300 km predomina l'ossigeno atomico. Il limite superiore della termosfera è in gran parte determinato dall'attuale attività del Sole. Durante i periodi di bassa attività, ad esempio nel 2008-2009, si osserva una notevole diminuzione delle dimensioni di questo strato.

Termopausa

La regione dell'atmosfera adiacente alla termosfera. In questa regione l'assorbimento della radiazione solare è trascurabile e la temperatura infatti non cambia con l'altitudine.

Esosfera (sfera di diffusione)

Fino ad un'altitudine di 100 km l'atmosfera è una miscela di gas omogenea e ben miscelata. Negli strati più alti, la distribuzione dei gas in altezza dipende dai loro pesi molecolari; la concentrazione dei gas più pesanti diminuisce più velocemente con la distanza dalla superficie terrestre. A causa della diminuzione della densità del gas, la temperatura scende da 0 °C nella stratosfera a -110 °C nella mesosfera. Tuttavia, l’energia cinetica delle singole particelle ad altitudini di 200-250 km corrisponde ad una temperatura di ~150 °C. Al di sopra dei 200 km si osservano fluttuazioni significative della temperatura e della densità del gas nel tempo e nello spazio.

Ad un'altitudine di circa 2000-3500 km l'esosfera si trasforma gradualmente nella cosiddetta vicino al vuoto spaziale, che è pieno di particelle altamente rarefatte di gas interplanetario, principalmente atomi di idrogeno. Ma questo gas rappresenta solo una parte della materia interplanetaria. L'altra parte è costituita da particelle di polvere di origine cometaria e meteorica. In questo spazio penetrano, oltre alle particelle di polvere estremamente rarefatte, anche radiazioni elettromagnetiche e corpuscolari di origine solare e galattica.

La troposfera rappresenta circa l'80% della massa dell'atmosfera, la stratosfera circa il 20%; massa della mesosfera - non più dello 0,3%, termosfera - meno dello 0,05%. massa totale atmosfera. In base alle proprietà elettriche dell'atmosfera, si distinguono la neutronosfera e la ionosfera. Attualmente si ritiene che l'atmosfera si estenda fino ad un'altitudine di 2000-3000 km.

A seconda della composizione del gas nell'atmosfera, emettono omosfera E eterosfera. Eterosfera- Questa è l'area in cui la gravità influisce sulla separazione dei gas, poiché la loro miscelazione a tale altitudine è trascurabile. Ciò implica una composizione variabile dell'eterosfera. Al di sotto di essa si trova una parte ben miscelata e omogenea dell'atmosfera, chiamata omosfera. Il confine tra questi strati è chiamato turbopausa e si trova ad un'altitudine di circa 120 km.

Proprietà fisiologiche e altre proprietà dell'atmosfera

Già ad un'altitudine di 5 km sul livello del mare, una persona non allenata inizia a sperimentare la carenza di ossigeno e senza adattamento, le prestazioni di una persona diminuiscono significativamente. La zona fisiologica dell'atmosfera finisce qui. A 9 km di altitudine la respirazione umana diventa impossibile, anche se fino a circa 115 km l'atmosfera contiene ossigeno.

L'atmosfera ci fornisce l'ossigeno necessario per respirare. Tuttavia, a causa della diminuzione della pressione totale dell'atmosfera man mano che si sale in quota, la pressione parziale dell'ossigeno diminuisce di conseguenza.

Negli strati d’aria rarefatti la propagazione del suono è impossibile. Fino ad altitudini di 60-90 km è ancora possibile sfruttare la resistenza dell'aria e la portanza per il volo aerodinamico controllato. Ma a partire da altitudini di 100-130 km, i concetti familiari a ogni pilota del numero M e della barriera del suono perdono il loro significato: passa la linea convenzionale di Karman, oltre la quale inizia la regione del volo puramente balistico, che può solo essere controllati utilizzando forze reattive.

Ad altitudini superiori a 100 km, l'atmosfera è privata di un'altra proprietà notevole: la capacità di assorbire, condurre e trasmettere energia termica per convezione (cioè mescolando l'aria). Ciò significa che vari elementi dell'attrezzatura sulla stazione spaziale orbitale non potranno essere raffreddati dall'esterno come avviene solitamente su un aereo, con l'aiuto di getti d'aria e radiatori d'aria. A questa quota, come in generale nello spazio, l’unico modo per trasferire calore è la radiazione termica.

Storia della formazione atmosferica

Secondo la teoria più diffusa, l'atmosfera terrestre ha avuto nel tempo tre diverse composizioni. Inizialmente consisteva di gas leggeri (idrogeno ed elio) catturati dallo spazio interplanetario. Questo è il cosiddetto atmosfera primaria(circa quattro miliardi di anni fa). Nella fase successiva, l'attività vulcanica attiva ha portato alla saturazione dell'atmosfera con gas diversi dall'idrogeno (anidride carbonica, ammoniaca, vapore acqueo). Ecco come si è formato atmosfera secondaria(circa tre miliardi di anni prima dei giorni nostri). Questa atmosfera è stata rigenerante. Inoltre, il processo di formazione dell'atmosfera è stato determinato dai seguenti fattori:

• perdita di gas leggeri (idrogeno ed elio) nello spazio interplanetario;
• reazioni chimiche che si verificano nell'atmosfera sotto l'influenza di radiazioni ultraviolette, scariche di fulmini e alcuni altri fattori.

A poco a poco questi fattori portarono alla formazione atmosfera terziaria, caratterizzato da un contenuto molto inferiore di idrogeno e un contenuto molto più elevato di azoto e anidride carbonica (formata a seguito di reazioni chimiche da ammoniaca e idrocarburi).

Azoto

Formazione scolastica grande quantità l'azoto N 2 è dovuto all'ossidazione dell'atmosfera di ammoniaca-idrogeno da parte dell'ossigeno molecolare O 2, che iniziò a fuoriuscire dalla superficie del pianeta a seguito della fotosintesi, a partire da 3 miliardi di anni fa. L'azoto N2 viene rilasciato nell'atmosfera anche a seguito della denitrificazione dei nitrati e di altri composti contenenti azoto. L'azoto viene ossidato dall'ozono in NO strati superiori atmosfera.

L'azoto N 2 reagisce solo in condizioni specifiche (ad esempio durante la scarica di un fulmine). L'ossidazione dell'azoto molecolare da parte dell'ozono durante le scariche elettriche viene utilizzata in piccole quantità nella produzione industriale di fertilizzanti azotati. I cianobatteri (alghe blu-verdi) e i batteri noduli che formano la simbiosi rizobiale con le cosiddette leguminose, possono ossidarlo con un basso consumo energetico e convertirlo in una forma biologicamente attiva. concimi verdi.

Ossigeno

La composizione dell'atmosfera iniziò a cambiare radicalmente con la comparsa degli organismi viventi sulla Terra, a seguito della fotosintesi, accompagnata dal rilascio di ossigeno e dall'assorbimento di anidride carbonica. Inizialmente, l'ossigeno veniva speso per l'ossidazione dei composti ridotti: ammoniaca, idrocarburi, forma ferrosa del ferro contenuta negli oceani, ecc. Alla fine di questa fase, il contenuto di ossigeno nell'atmosfera iniziò ad aumentare. A poco a poco si formò un'atmosfera moderna con proprietà ossidanti. Poiché ciò causò cambiamenti gravi e improvvisi in molti processi che si verificavano nell’atmosfera, nella litosfera e nella biosfera, questo evento fu chiamato Catastrofe dell’Ossigeno.

gas nobili

Inquinamento dell'aria

IN Ultimamente L'uomo cominciò a influenzare l'evoluzione dell'atmosfera. Il risultato delle sue attività fu un costante aumento significativo del contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera dovuto alla combustione di idrocarburi accumulati in ere geologiche precedenti. Enormi quantità di CO 2 vengono consumate durante la fotosintesi e assorbite dagli oceani del mondo. Questo gas entra nell'atmosfera a causa della decomposizione di rocce carbonatiche e sostanze organiche di origine vegetale e animale, nonché a causa del vulcanismo e dell'attività industriale umana. Negli ultimi 100 anni, il contenuto di CO 2 nell'atmosfera è aumentato del 10%, la maggior parte (360 miliardi di tonnellate) proviene dalla combustione di carburante. Se il tasso di crescita della combustione dei combustibili continua, nei prossimi 200-300 anni la quantità di CO 2 nell'atmosfera raddoppierà e potrebbe portare a un cambiamento climatico globale.

La combustione dei combustibili è la principale fonte di gas inquinanti (CO, SO2). L'anidride solforosa viene ossidata dall'ossigeno atmosferico in SO 3 negli strati superiori dell'atmosfera, che a sua volta interagisce con l'acqua e il vapore di ammoniaca e il risultante acido solforico (H 2 SO 4) e solfato di ammonio ((NH 4) 2 SO 4 ) vengono restituiti alla superficie della Terra sotto forma del cosiddetto. pioggia acida. L'uso di motori a combustione interna comporta un notevole inquinamento atmosferico da ossidi di azoto, idrocarburi e composti di piombo (piombo tetraetile Pb(CH 3 CH 2) 4)).

L'inquinamento da aerosol dell'atmosfera è causato sia da cause naturali (eruzioni vulcaniche, tempeste di polvere, trascinamento di gocce di acqua marina e polline di piante, ecc.) che da attività economica esseri umani (estrazione di minerali e materiali da costruzione, combustione di carburante, produzione di cemento, ecc.). Il rilascio intenso e su larga scala di particolato nell’atmosfera è una delle possibili cause del cambiamento climatico sul pianeta.

Guarda anche

• Jacchia (modello atmosferico)

Appunti

Collegamenti

Letteratura

1. V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov“Biologia e medicina spaziale” (2a edizione, rivista e ampliata), M.: “Prosveshcheniye”, 1975, 223 pp.
2. N. V. Gusakova"Chimica ambiente", Rostov sul Don: Phoenix, 2004, 192 con ISBN 5-222-05386-5
3. Sokolov V.A. Geochimica dei gas naturali, M., 1971;
4. McEwen M., Phillips L. Chimica dell'atmosfera, M., 1978;
5. Wark K., Warner S. Inquinamento dell'aria. Fonti e controllo, trad. dall'inglese, M.. 1980;
6. Monitoraggio dell'inquinamento di fondo degli ambienti naturali. V. 1, L., 1982.

Terra
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10.045×10 3 J/(kg*K) (nell'intervallo di temperature da 0-100°C), C v 8.3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C). La solubilità dell'aria in acqua a 0°C è 0,036%, a 25°C - 0,22%.

Composizione atmosferica

Storia della formazione atmosferica

Storia antica

Attualmente, la scienza non è in grado di tracciare tutte le fasi della formazione della Terra con una precisione al cento per cento. Secondo la teoria più diffusa, l'atmosfera terrestre ha avuto nel tempo quattro diverse composizioni. Inizialmente consisteva di gas leggeri (idrogeno ed elio) catturati dallo spazio interplanetario. Questo è il cosiddetto atmosfera primaria. Nella fase successiva, l'attività vulcanica attiva ha portato alla saturazione dell'atmosfera con gas diversi dall'idrogeno (idrocarburi, ammoniaca, vapore acqueo). Ecco come si è formato atmosfera secondaria. Questa atmosfera è stata rigenerante. Inoltre, il processo di formazione dell'atmosfera è stato determinato dai seguenti fattori:

• perdita costante di idrogeno nello spazio interplanetario;
• reazioni chimiche che si verificano nell'atmosfera sotto l'influenza di radiazioni ultraviolette, scariche di fulmini e alcuni altri fattori.

A poco a poco questi fattori portarono alla formazione atmosfera terziaria, caratterizzato da un contenuto molto inferiore di idrogeno e un contenuto molto più elevato di azoto e anidride carbonica (formata a seguito di reazioni chimiche da ammoniaca e idrocarburi).

L'emergere della vita e dell'ossigeno

Con la comparsa degli organismi viventi sulla Terra a seguito della fotosintesi, accompagnata dal rilascio di ossigeno e dall'assorbimento di anidride carbonica, la composizione dell'atmosfera iniziò a cambiare. Esistono però dati (analisi della composizione isotopica dell'ossigeno atmosferico e di quello rilasciato durante la fotosintesi) che indicano l'origine geologica dell'ossigeno atmosferico.

Inizialmente, l'ossigeno veniva speso per l'ossidazione dei composti ridotti: idrocarburi, forma ferrosa del ferro contenuta negli oceani, ecc. Alla fine di questa fase, il contenuto di ossigeno nell'atmosfera ha iniziato ad aumentare.

Negli anni '90 furono condotti esperimenti per creare un sistema ecologico chiuso (“Biosfera 2”), durante il quale non era possibile creare un sistema stabile con una composizione dell'aria uniforme. L'influenza dei microrganismi ha portato ad una diminuzione dei livelli di ossigeno e ad un aumento della quantità di anidride carbonica.

Azoto

La formazione di una grande quantità di N 2 è dovuta all'ossidazione dell'atmosfera primaria di ammoniaca e idrogeno con O 2 molecolare, che cominciò a fuoriuscire dalla superficie del pianeta a seguito della fotosintesi, presumibilmente circa 3 miliardi di anni fa (secondo secondo un'altra versione, l'ossigeno atmosferico è di origine geologica). Negli strati superiori dell'atmosfera l'azoto viene ossidato in NO, utilizzato nell'industria e legato dai batteri che fissano l'azoto, mentre l'N2 viene rilasciato nell'atmosfera a seguito della denitrificazione dei nitrati e di altri composti contenenti azoto.

L'azoto N 2 è un gas inerte e reagisce solo in condizioni specifiche (ad esempio durante la scarica di un fulmine). Cianobatteri e alcuni batteri (ad esempio, batteri noduli, che formano una simbiosi rizobiale con piante leguminose).

L'ossidazione dell'azoto molecolare mediante scariche elettriche viene utilizzata nella produzione industriale di fertilizzanti azotati e ha portato anche alla formazione di depositi di nitrato unici nel deserto cileno di Atacama.

gas nobili

La combustione dei combustibili è la principale fonte di gas inquinanti (CO, NO, SO2). L'anidride solforosa viene ossidata dall'aria O 2 in SO 3 negli strati superiori dell'atmosfera, che interagisce con i vapori di H 2 O e NH 3, e l'H 2 SO 4 e (NH 4) 2 SO 4 risultanti ritornano sulla superficie terrestre insieme alle precipitazioni. L'utilizzo di motori a combustione interna comporta un notevole inquinamento atmosferico da ossidi di azoto, idrocarburi e composti del Pb.

L'inquinamento da aerosol dell'atmosfera è causato sia da cause naturali (eruzioni vulcaniche, tempeste di polvere, trasporto di goccioline di acqua di mare e particelle di polline, ecc.) che da attività economiche umane (estrazione di minerali e materiali da costruzione, combustione di carburante, produzione di cemento, ecc. ). Il rilascio intenso e su larga scala di particolato nell’atmosfera è una delle possibili cause del cambiamento climatico sul pianeta.

La struttura dell'atmosfera e le caratteristiche dei singoli gusci

Lo stato fisico dell'atmosfera è determinato dal tempo e dal clima. Parametri fondamentali dell'atmosfera: densità dell'aria, pressione, temperatura e composizione. All’aumentare dell’altitudine, la densità dell’aria e la pressione atmosferica diminuiscono. Anche la temperatura cambia con i cambiamenti di altitudine. La struttura verticale dell'atmosfera è caratterizzata da diverse proprietà elettriche e di temperatura e da diverse condizioni dell'aria. A seconda della temperatura dell'atmosfera si distinguono i seguenti strati principali: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera, esosfera (sfera di dispersione). Le regioni di transizione dell'atmosfera tra gusci vicini sono chiamate rispettivamente tropopausa, stratopausa, ecc.

Troposfera

Stratosfera

Nella stratosfera, la maggior parte della parte a onde corte della radiazione ultravioletta (180-200 nm) viene trattenuta e l'energia delle onde corte viene trasformata. Sotto l'influenza di questi raggi cambiano campi magnetici, le molecole si disintegrano, avviene la ionizzazione, la nuova formazione di gas e altro composti chimici. Questi processi possono essere osservati sotto forma di aurora boreale, fulmini e altri bagliori.

Nella stratosfera e negli strati più alti, sotto l'influenza della radiazione solare, le molecole di gas si dissociano in atomi (sopra gli 80 km CO 2 e H 2 si dissociano, sopra i 150 km - O 2, sopra i 300 km - H 2). Ad un'altitudine di 100-400 km, la ionizzazione dei gas avviene anche nella ionosfera, ad un'altitudine di 320 km, la concentrazione di particelle cariche (O + 2, O − 2, N + 2) è ~ 1/300; concentrazione di particelle neutre. Negli strati superiori dell'atmosfera ci sono i radicali liberi: OH, HO 2, ecc.

Nella stratosfera non c’è quasi vapore acqueo.

Mesosfera

Fino ad un'altitudine di 100 km l'atmosfera è una miscela di gas omogenea e ben miscelata. Negli strati più alti, la distribuzione dei gas in altezza dipende dai loro pesi molecolari; la concentrazione dei gas più pesanti diminuisce più velocemente con la distanza dalla superficie terrestre. A causa della diminuzione della densità del gas, la temperatura scende da 0°C nella stratosfera a -110°C nella mesosfera. Tuttavia, l’energia cinetica delle singole particelle ad altitudini di 200-250 km corrisponde ad una temperatura di ~1500°C. Al di sopra dei 200 km si osservano fluttuazioni significative della temperatura e della densità del gas nel tempo e nello spazio.

Ad un'altitudine di circa 2000-3000 km, l'esosfera si trasforma gradualmente nel cosiddetto vuoto quasi spaziale, che è pieno di particelle altamente rarefatte di gas interplanetario, principalmente atomi di idrogeno. Ma questo gas rappresenta solo una parte della materia interplanetaria. L'altra parte è costituita da particelle di polvere di origine cometaria e meteorica. Oltre a queste particelle estremamente rarefatte, in questo spazio penetrano radiazioni elettromagnetiche e corpuscolari di origine solare e galattica.

La troposfera rappresenta circa l'80% della massa dell'atmosfera, la stratosfera circa il 20%; la massa della mesosfera non è superiore allo 0,3%, la termosfera è inferiore allo 0,05% della massa totale dell'atmosfera. In base alle proprietà elettriche dell'atmosfera, si distinguono la neutronosfera e la ionosfera. Attualmente si ritiene che l'atmosfera si estenda fino ad un'altitudine di 2000-3000 km.

A seconda della composizione del gas nell'atmosfera, emettono omosfera E eterosfera. Eterosfera- Questa è l'area in cui la gravità influisce sulla separazione dei gas, poiché la loro miscelazione a tale altitudine è trascurabile. Ciò implica una composizione variabile dell'eterosfera. Al di sotto si trova una parte ben miscelata e omogenea dell'atmosfera chiamata omosfera. Il confine tra questi strati è chiamato turbopausa e si trova ad un'altitudine di circa 120 km.

Proprietà atmosferiche

Già ad un'altitudine di 5 km sul livello del mare, una persona non allenata inizia a sperimentare la carenza di ossigeno e senza adattamento, le prestazioni di una persona diminuiscono significativamente. La zona fisiologica dell'atmosfera finisce qui. La respirazione umana diventa impossibile ad un'altitudine di 15 km, anche se fino a circa 115 km l'atmosfera contiene ossigeno.

L'atmosfera ci fornisce l'ossigeno necessario per respirare. Tuttavia, a causa della diminuzione della pressione totale dell'atmosfera man mano che si sale in quota, la pressione parziale dell'ossigeno diminuisce di conseguenza.

I polmoni umani contengono costantemente circa 3 litri di aria alveolare. La pressione parziale dell'ossigeno nell'aria alveolare alla normale pressione atmosferica è di 110 mmHg. Art., pressione dell'anidride carbonica - 40 mm Hg. Art. e vapore acqueo −47 mm Hg. Arte. Con l'aumentare dell'altitudine, la pressione dell'ossigeno diminuisce e la pressione totale del vapore di acqua e anidride carbonica nei polmoni rimane quasi costante: circa 87 mm Hg. Arte. L'apporto di ossigeno ai polmoni si interromperà completamente quando la pressione dell'aria ambiente raggiungerà questo valore.

Ad un'altitudine di circa 19-20 km, la pressione atmosferica scende a 47 mm Hg. Arte. Pertanto, a questa altitudine, l'acqua e il liquido interstiziale iniziano a bollire nel corpo umano. Fuori dalla cabina pressurizzata, a queste altitudini, la morte avviene quasi istantaneamente. Pertanto, dal punto di vista della fisiologia umana, lo “spazio” inizia già ad un'altitudine di 15-19 km.

Dense strati d'aria - la troposfera e la stratosfera - ci proteggono dagli effetti dannosi delle radiazioni. Con sufficiente rarefazione dell'aria, ad altitudini superiori a 36 km, le radiazioni ionizzanti hanno un effetto intenso sul corpo - primario Raggi cosmici; Ad altitudini superiori a 40 km, la parte ultravioletta dello spettro solare è pericolosa per l'uomo.