E dopo l'atmosfera. Atmosfera terrestre e proprietà fisiche dell'aria

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 a 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 dell'ultravioletto e dei raggi X radiazione solare E 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 dalla 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 energia cinetica le singole particelle ad altitudini di 200-250 km corrispondono ad una temperatura di ~150 °C. Al di sopra dei 200 km si osservano fluttuazioni significative della temperatura e della densità dei gas nel tempo e nello spazio.

Ad un'altitudine di circa 2000-3500 km l'esosfera si trasforma gradualmente nella cosiddetta vuoto spaziale vicino, 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 priva di un'altra proprietà notevole: la capacità di assorbire, condurre e trasmettere energia termica per convezione (cioè mescolando l'aria). Questo significa questo vari elementi attrezzatura, attrezzatura orbitale stazione spaziale non sarà in grado di rinfrescarsi all'esterno come si fa normalmente su un aereo, con l'aiuto getti d'aria e radiatori ad 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 radiazione ultravioletta, 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(formato di conseguenza reazioni chimiche da ammoniaca e idrocarburi).

Azoto

Istruzione 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 nell'alta 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. concime verde.

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 atmosferico

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 del carbonato rocce e sostanze organiche di origine vegetale e animale, nonché dovute al vulcanismo e all'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 dovuto sia a cause naturali (eruzioni vulcaniche, tempeste di polvere, trascinamento di goccioline acqua di mare e polline delle piante, ecc.), e attività economica esseri umani (estrazione di minerali e materiali da costruzione, combustione di carburante, produzione di cemento, ecc.). L'emissione intensiva su larga scala di particelle solide nell'atmosfera è una di queste possibili ragioni cambiamenti nel clima del pianeta.

Vedi anche

Jacchia (modello atmosferico)

Note

Collegamenti

Letteratura

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

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✪ Terra veicolo spaziale(Episodio 14) - Atmosfera

✪ Perché l'atmosfera non è stata trascinata nel vuoto dello spazio?

✪ Ingresso della navicella spaziale Soyuz TMA-8 nell'atmosfera terrestre

✪ Struttura dell'atmosfera, significato, studio

✪ O. S. Ugolnikov "Atmosfera superiore. Incontro tra Terra e Spazio"

Sottotitoli

Confine atmosferico

L'atmosfera è considerata quella regione attorno alla Terra in cui il mezzo gassoso ruota insieme alla Terra nel suo insieme. L'atmosfera passa gradualmente nello spazio interplanetario, nell'esosfera, a partire da un'altitudine di 500-1000 km dalla superficie terrestre.

Secondo la definizione proposta dalla International Aviation Federation, il confine tra atmosfera e spazio è tracciato lungo la linea Karman, situata ad un'altitudine di circa 100 km, al di sopra della quale i voli aerei diventano completamente impossibili. La NASA utilizza il limite di 122 chilometri (400.000 piedi) come limite atmosferico, dove le navette passano dalla manovra motorizzata alla manovra aerodinamica.

Proprietà fisiche

Oltre ai gas indicati in tabella, l'atmosfera contiene Cl 2, SO 2, NH 3, CO, O 3, NO 2, idrocarburi, HCl, HBr, vapori, I 2, Br 2, oltre a molti altri gas in quantità minori. La troposfera contiene costantemente una grande quantità di particelle solide e liquide sospese (aerosol). Il gas più raro in circolazione L'atmosfera terrestreè il radon (Rn).

La struttura dell'atmosfera

Strato limite atmosferico

Lo strato inferiore della troposfera (spessore 1-2 km), in cui lo stato e le proprietà della superficie terrestre influenzano direttamente la dinamica dell'atmosfera.

Troposfera

Il suo limite superiore è ad un'altitudine di 8-10 km alle latitudini polari, 10-12 km alle latitudini temperate e 16-18 km alle latitudini tropicali; più basso in inverno che in estate.
Lo strato inferiore e principale dell'atmosfera contiene più dell'80% della massa totale dell'aria atmosferica e circa il 90% di tutto il vapore acqueo presente nell'atmosfera. Nella troposfera la turbolenza e la convezione sono molto sviluppate, si formano le nuvole e si sviluppano cicloni e anticicloni. La temperatura diminuisce con l'aumentare della quota con un dislivello verticale medio di 0,65°/100 metri.

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 da 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 a una quota di circa 55 km. Questa regione a temperatura costante è chiamata stratopausa e costituisce 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

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 e della radiazione cosmica, avviene 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 sopra la 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 dal loro peso molecolare; 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 dei gas nel tempo e nello spazio.

Ad un'altitudine di circa 2000-3500 km l'esosfera si trasforma gradualmente nella cosiddetta vuoto spaziale vicino, che è pieno di rare particelle 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.

Revisione

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 nell'atmosfera, distinguono neutrosfera E ionosfera .

Altre proprietà dell'atmosfera ed effetti sul corpo umano

Storia della formazione atmosferica

Secondo la teoria più diffusa, l'atmosfera terrestre ha avuto tre diverse composizioni nel corso della sua storia. 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 (anidride carbonica, 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 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

La formazione di una grande quantità di azoto N2 è dovuta all'ossidazione dell'atmosfera di ammoniaca-idrogeno da parte dell'ossigeno molecolare O2, 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 nell'alta 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. Cianobatteri (alghe blu-verdi) e batteri noduli, che formano una simbiosi rizobica con piante leguminose, che possono essere efficaci concimi verdi - piante che non impoveriscono, ma arricchiscono il terreno con fertilizzanti naturali, possono ossidarlo con un basso consumo energetico e convertirlo in una forma biologicamente attiva.

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 e altri. Al termine di questa fase, il contenuto di ossigeno nell'atmosfera cominciò 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 atmosferico

Recentemente, gli esseri umani hanno iniziato a influenzare l’evoluzione dell’atmosfera. Il risultato attività umana Si è verificato un costante aumento del contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera a causa della combustione di combustibili idrocarburici 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 e dall'ossido di azoto in NO 2 negli strati superiori dell'atmosfera, che a loro volta interagiscono con il vapore acqueo, e l'acido solforico risultante H 2 SO 4 e l'acido nitrico HNO 3 cadono nel superficie della Terra sotto forma delle cosiddette piogge acide. Utilizzo

Atmosfera(dal greco atmos - vapore e spharia - palla) - il guscio d'aria della Terra, che ruota con esso. Lo sviluppo dell'atmosfera era strettamente correlato ai processi geologici e geochimici che si verificano sul nostro pianeta, nonché alle attività degli organismi viventi.

Il confine inferiore dell'atmosfera coincide con la superficie della Terra, poiché l'aria penetra nei pori più piccoli del suolo e si dissolve anche nell'acqua.

Il confine superiore ad un'altitudine di 2000-3000 km passa gradualmente nello spazio.

Grazie all'atmosfera, che contiene ossigeno, la vita sulla Terra è possibile. Ossigeno atmosferico utilizzato nel processo di respirazione di esseri umani, animali e piante.

Se non ci fosse l’atmosfera, la Terra sarebbe silenziosa come la Luna. Dopotutto, il suono è la vibrazione delle particelle d'aria. Il colore blu del cielo è spiegato dal fatto che i raggi del sole, attraversando l'atmosfera, come attraverso una lente, vengono scomposti nei colori che li compongono. In questo caso, i raggi dei colori blu e blu sono maggiormente dispersi.

L'atmosfera intrappola la maggior parte della radiazione ultravioletta del sole, che ha un effetto dannoso sugli organismi viventi. Inoltre trattiene il calore vicino alla superficie terrestre, impedendo al nostro pianeta di raffreddarsi.

La struttura dell'atmosfera

Nell'atmosfera si possono distinguere diversi strati, di diversa densità (Fig. 1).

Troposfera

Troposfera- lo strato più basso dell'atmosfera, il cui spessore sopra i poli è di 8-10 km, in latitudini temperate- 10-12 km e sopra l'equatore - 16-18 km.

Riso. 1. La struttura dell'atmosfera terrestre

L'aria nella troposfera viene riscaldata da superficie terrestre, cioè dalla terra e dall'acqua. Pertanto la temperatura dell'aria in questo strato diminuisce con l'altezza in media di 0,6 °C ogni 100 m. Al limite superiore della troposfera raggiunge i -55 °C. Allo stesso tempo, nell'area dell'equatore, al limite superiore della troposfera, la temperatura dell'aria è di -70 ° C, e nell'area Polo Nord-65°C.

Circa l'80% della massa dell'atmosfera è concentrata nella troposfera, quasi tutto il vapore acqueo si trova, si verificano temporali, tempeste, nuvole e precipitazioni e si verifica il movimento dell'aria verticale (convezione) e orizzontale (vento).

Possiamo dire che il tempo si forma principalmente nella troposfera.

Stratosfera

Stratosfera- uno strato dell'atmosfera situato sopra la troposfera ad un'altitudine compresa tra 8 e 50 km. Il colore del cielo in questo strato appare viola, il che si spiega con la magrezza dell'aria, grazie alla quale i raggi del sole non sono quasi dispersi.

La stratosfera contiene il 20% della massa dell'atmosfera. L'aria in questo strato è rarefatta, praticamente non c'è vapore acqueo e quindi non si formano quasi nuvole e precipitazioni. Tuttavia, nella stratosfera si osservano correnti d'aria stabili, la cui velocità raggiunge i 300 km/h.

Questo strato è concentrato ozono(schermo dell'ozono, ozonosfera), uno strato che assorbe i raggi ultravioletti, impedendo loro di raggiungere la Terra e proteggendo così gli organismi viventi sul nostro pianeta. Grazie all'ozono, la temperatura dell'aria al limite superiore della stratosfera varia da -50 a 4-55 °C.

Tra la mesosfera e la stratosfera c'è una zona di transizione: la stratopausa.

Mesosfera

Mesosfera- uno strato dell'atmosfera situato ad un'altitudine di 50-80 km. La densità dell'aria qui è 200 volte inferiore a quella della superficie terrestre. Il colore del cielo nella mesosfera appare nero e le stelle sono visibili durante il giorno. La temperatura dell'aria scende a -75 (-90)°C.

Ad un'altitudine di 80 km inizia termosfera. La temperatura dell'aria in questo strato sale bruscamente fino a un'altezza di 250 m, per poi diventare costante: a 150 km di altitudine raggiunge i 220-240 ° C; ad un'altitudine di 500-600 km supera i 1500 °C.

Nella mesosfera e nella termosfera, sotto l'influenza dei raggi cosmici, le molecole di gas si disintegrano in particelle di atomi cariche (ionizzate), quindi questa parte dell'atmosfera è chiamata ionosfera- uno strato di aria molto rarefatta, situato ad un'altitudine compresa tra 50 e 1000 km, costituito principalmente da atomi di ossigeno ionizzato, molecole di ossido di azoto ed elettroni liberi. Questo strato è caratterizzato da un'elevata elettrificazione e da esso vengono riflesse le onde radio lunghe e medie, come da uno specchio.

Nella ionosfera compaiono le aurore - il bagliore di gas rarefatti sotto l'influenza di particelle caricate elettricamente che volano dal Sole - e si osservano brusche fluttuazioni nel campo magnetico.

Esosfera

Esosfera- lo strato esterno dell'atmosfera situato al di sopra dei 1000 km. Questo strato è anche chiamato sfera di diffusione, poiché qui si muovono le particelle di gas ad alta velocità e possono disperdersi nello spazio.

Composizione atmosferica

L'atmosfera è una miscela di gas composta da azoto (78,08%), ossigeno (20,95%), anidride carbonica (0,03%), argon (0,93%), una piccola quantità di elio, neon, xeno, kripton (0,01%), ozono e altri gas, ma il loro contenuto è trascurabile (Tabella 1). L’attuale composizione dell’aria terrestre è stata stabilita più di cento milioni di anni fa, ma è aumentata notevolmente attività produttiva l'uomo ha tuttavia portato al suo cambiamento. Attualmente si registra un aumento del contenuto di CO 2 di circa il 10-12%.

I gas che compongono l'atmosfera svolgono vari ruoli funzionali. Tuttavia, l'importanza principale di questi gas è determinata principalmente dal fatto che assorbono molto fortemente l'energia radiante e quindi hanno un influenza significativa SU regime di temperatura La superficie e l'atmosfera terrestre.

Tabella 1. Composizione chimica aria atmosferica secca vicino alla superficie terrestre

	Concentrazione in volume. %	Peso molecolare, unità

Ossigeno

Anidride carbonica





Protossido di azoto
	da 0 a 0,00001
Anidride solforosa	da 0 a 0.000007 in estate; da 0 a 0.000002 in inverno
	Da 0 a 0,000002	46,0055/17,03061
Biossido di azog

Monossido di carbonio

Azoto, Il gas più comune nell'atmosfera, è chimicamente inattivo.

Ossigeno, a differenza dell'azoto, è un elemento chimicamente molto attivo. La funzione specifica dell'ossigeno è l'ossidazione materia organica organismi eterotrofi, rocce e gas sottoossidati rilasciati nell'atmosfera dai vulcani. Senza ossigeno non ci sarebbe decomposizione organico morto sostanze.

Il ruolo dell’anidride carbonica nell’atmosfera è estremamente ampio. Entra nell'atmosfera a seguito di processi di combustione, respirazione di organismi viventi, decadimento ed è, innanzitutto, il principale materiale da costruzione per creare materia organica durante la fotosintesi. Inoltre, di grande importanza è la capacità dell’anidride carbonica di trasmettere la radiazione solare a onde corte e di assorbire parte della radiazione termica a onde lunghe, che creerà la cosiddetta effetto serra, di cui si parlerà di seguito.

Impatto su processi atmosferici, in particolare sul regime termico della stratosfera ozono. Questo gas funge da assorbitore naturale della radiazione ultravioletta del sole e l'assorbimento della radiazione solare porta al riscaldamento dell'aria. I valori medi mensili del contenuto totale di ozono nell'atmosfera variano a seconda della latitudine e del periodo dell'anno nell'intervallo 0,23-0,52 cm (questo è lo spessore dello strato di ozono alla pressione e alla temperatura del suolo). Si osserva un aumento del contenuto di ozono dall'equatore ai poli e un ciclo annuale con un minimo autunnale e un massimo primaverile.

Una proprietà caratteristica dell'atmosfera è che il contenuto dei principali gas (azoto, ossigeno, argon) cambia leggermente con l'altitudine: a un'altitudine di 65 km nell'atmosfera il contenuto di azoto è dell'86%, ossigeno - 19, argon - 0,91 , ad un'altitudine di 95 km - azoto 77, ossigeno - 21,3, argon - 0,82%. La costanza della composizione dell'aria atmosferica verticalmente e orizzontalmente è mantenuta dalla sua miscelazione.

Oltre ai gas, l'aria contiene vapore acqueo E particelle solide. Questi ultimi possono avere origine sia naturale che artificiale (antropogenica). Si tratta di polline, minuscoli cristalli di sale, polvere stradale e impurità aerosol. Quando i raggi del sole penetrano dalla finestra, possono essere visti ad occhio nudo.

Ci sono soprattutto molte particelle di particolato nell'aria delle città e dei grandi centri industriali, dove agli aerosol si aggiungono le emissioni di gas nocivi e le loro impurità formate durante la combustione del carburante.

La concentrazione di aerosol nell'atmosfera determina la trasparenza dell'aria, che influenza la radiazione solare che raggiunge la superficie terrestre. Gli aerosol più grandi sono i nuclei di condensazione (dal lat. condensazione- compattazione, ispessimento) - contribuiscono alla trasformazione del vapore acqueo in goccioline d'acqua.

L'importanza del vapore acqueo è determinata principalmente dal fatto che esso ritarda la radiazione termica a onde lunghe proveniente dalla superficie terrestre; rappresenta l'anello principale dei grandi e piccoli cicli di umidità; aumenta la temperatura dell'aria durante la condensazione dei letti ad acqua.

La quantità di vapore acqueo nell’atmosfera varia nel tempo e nello spazio. Pertanto, la concentrazione del vapore acqueo sulla superficie terrestre varia dal 3% ai tropici al 2-10 (15)% in Antartide.

Il contenuto medio di vapore acqueo nella colonna verticale dell'atmosfera alle latitudini temperate è di circa 1,6-1,7 cm (questo è lo spessore dello strato di vapore acqueo condensato). Le informazioni relative al vapore acqueo nei diversi strati dell'atmosfera sono contraddittorie. Si è ipotizzato, ad esempio, che nell'intervallo di altitudine compreso tra 20 e 30 km l'umidità specifica aumenti fortemente con l'altitudine. Tuttavia, misurazioni successive indicano una maggiore secchezza della stratosfera. A quanto pare, l'umidità specifica nella stratosfera dipende poco dall'altitudine ed è di 2-4 mg/kg.

La variabilità del contenuto di vapore acqueo nella troposfera è determinata dall'interazione dei processi di evaporazione, condensazione e trasporto orizzontale. A causa della condensazione del vapore acqueo si formano e cadono le nuvole precipitazione sotto forma di pioggia, grandine e neve.

I processi di transizione di fase dell'acqua si verificano prevalentemente nella troposfera, motivo per cui le nubi nella stratosfera (ad altitudini di 20-30 km) e nella mesosfera (vicino alla mesopausa), chiamate perlescenti e argentate, si osservano relativamente raramente, mentre le nubi troposferiche spesso coprono circa il 50% dell'intera superficie terrestre.

La quantità di vapore acqueo che può essere contenuta nell'aria dipende dalla temperatura dell'aria.

1 m 3 di aria ad una temperatura di -20 ° C non può contenere più di 1 g di acqua; a 0 °C - non più di 5 g; a +10 °C - non più di 9 g; a +30 °C - non più di 30 g di acqua.

Conclusione: Maggiore è la temperatura dell'aria, maggiore è la quantità di vapore acqueo che può contenere.

L'aria potrebbe esserlo ricco E non saturo vapore acqueo. Quindi, se alla temperatura di +30 °C 1 m 3 di aria contiene 15 g di vapore acqueo, l'aria non è satura di vapore acqueo; se 30 g - saturo.

Umidità assolutaè la quantità di vapore acqueo contenuta in 1 m3 di aria. È espresso in grammi. Ad esempio, se dicono "l'umidità assoluta è 15", significa che 1 ml contiene 15 g di vapore acqueo.

Umidità relativa- questo è il rapporto (in percentuale) tra il contenuto effettivo di vapore acqueo in 1 m 3 di aria e la quantità di vapore acqueo che può essere contenuta in 1 m L ad una data temperatura. Ad esempio, se la radio trasmette un bollettino meteorologico secondo cui l'umidità relativa è del 70%, significa che l'aria contiene il 70% del vapore acqueo che può trattenere a quella temperatura.

Maggiore è l'umidità relativa, ad es. Quanto più l’aria è vicina allo stato di saturazione, tanto più probabile è la precipitazione.

Si osserva un'umidità relativa dell'aria sempre elevata (fino al 90%). zona equatoriale, poiché rimane lì tutto l'anno alta temperatura l'aria e una grande evaporazione si verificano dalla superficie degli oceani. La stessa elevata umidità relativa si trova anche nelle regioni polari, ma perché quando basse temperature Anche piccola quantità il vapore acqueo rende l’aria satura o quasi satura. Alle latitudini temperate, l'umidità relativa varia con le stagioni: è più alta in inverno, più bassa in estate.

L'umidità relativa dell'aria nei deserti è particolarmente bassa: 1 m 1 d'aria contiene da due a tre volte meno vapore acqueo di quanto sia possibile a una determinata temperatura.

Misurare umidità relativa utilizzare un igrometro (dal greco hygros - bagnato e meterco - misuro).

Una volta raffreddata, l'aria satura non può trattenere la stessa quantità di vapore acqueo; si addensa (condensa), trasformandosi in goccioline di nebbia. La nebbia può essere osservata in estate in una notte limpida e fresca.

Nuvole- questa è la stessa nebbia, solo che non si forma sulla superficie terrestre, ma ad una certa altezza. Quando l'aria sale, si raffredda e il vapore acqueo al suo interno si condensa. Le minuscole goccioline d'acqua risultanti formano le nuvole.

Coinvolge anche la formazione delle nuvole particolato sospeso nella troposfera.

Le nuvole potrebbero averlo forma diversa, che dipende dalle condizioni della loro formazione (Tabella 14).

Le nuvole più basse e pesanti sono gli strati. Si trovano ad un'altitudine di 2 km dalla superficie terrestre. Ad un'altitudine compresa tra 2 e 8 km puoi osservare più pittoresco nubi cumuliformi. I più alti e leggeri sono i cirri. Si trovano ad un'altitudine compresa tra 8 e 18 km sopra la superficie terrestre.

Famiglie	Tipi di nuvole	Aspetto
A. Nubi in alta quota - sopra i 6 km	I. Cirro	Filiforme, fibroso, bianco
	II. Circocumulo	Strati e creste di piccoli fiocchi e riccioli, bianchi
	III. Cirrostrato	Velo biancastro trasparente
B. Nubi di medio livello - sopra i 2 km	IV. Altocumuli	Strati e creste di colore bianco e grigio
B. Nubi di medio livello - sopra i 2 km	V. Altostratificato	Velo liscio di colore grigio latte
B. Nuvole basse - fino a 2 km	VI. Nimbostrato	Strato grigio solido e informe
	VII. Stratocumulo	Strati e creste non trasparenti di colore grigio
	VIII. Stratificato	Velo grigio non trasparente
D. Nuvole di sviluppo verticale - dal livello inferiore a quello superiore	IX. Cumulo	Le mazze e le cupole sono di un bianco brillante, con i bordi strappati dal vento
	X. Cumulonembo	Potenti masse cumuliformi di colore piombo scuro

Protezione atmosferica

Le fonti principali sono le imprese industriali e le automobili. Nelle grandi città il problema dell’inquinamento da gas sulle principali vie di trasporto è molto acuto. Ecco perché in molti principali città in tutto il mondo, compreso il nostro Paese, è stato introdotto il controllo ambientale della tossicità dei gas di scarico dei veicoli. Secondo gli esperti, il fumo e la polvere nell'aria possono ridurre della metà la fornitura di energia solare alla superficie terrestre, il che porterà a un cambiamento delle condizioni naturali.

Lo spazio è pieno di energia. L'energia riempie lo spazio in modo non uniforme. Ci sono luoghi della sua concentrazione e scarico. In questo modo puoi stimare la densità. Il pianeta è un sistema ordinato, con una densità massima di materia al centro e una graduale diminuzione della concentrazione verso la periferia. Le forze di interazione determinano lo stato della materia, la forma in cui esiste. La fisica descrive lo stato di aggregazione delle sostanze:

solido

L'area che va dalla superficie terrestre ad un'altitudine di circa 16 chilometri (dall'equatore ai poli il valore è minore, dipende anche dalla stagione) è chiamata troposfera. La troposfera è uno strato in cui sono concentrati circa l'80% di tutta l'aria atmosferica e quasi tutto il vapore acqueo. È qui che hanno luogo i processi che modellano il clima. La pressione e la temperatura diminuiscono con l'altitudine. Il motivo della diminuzione della temperatura dell'aria è un processo adiabatico durante l'espansione, il gas si raffredda;

Al limite superiore della troposfera i valori possono raggiungere i -50, -60 gradi Celsius. Poi arriva la Stratosfera. Si estende fino a 50 chilometri. In questo strato dell'atmosfera la temperatura aumenta con l'altezza, acquisendo nella sommità un valore di circa 0 C. L'aumento della temperatura è causato dal processo di assorbimento strato di ozono

raggi ultravioletti

. La radiazione provoca una reazione chimica.

Le molecole di ossigeno si scompongono in singoli atomi, che possono combinarsi con le normali molecole di ossigeno per formare ozono. Le radiazioni solari con lunghezze d'onda comprese tra 10 e 400 nanometri sono classificate come ultraviolette. Quanto più corta è la lunghezza d'onda dei raggi UV, tanto maggiore è il pericolo che rappresenta per gli organismi viventi.

Solo una piccola frazione della radiazione raggiunge la superficie terrestre e la parte meno attiva del suo spettro. Questa caratteristica della natura consente a una persona di abbronzarsi in modo sano. Lo strato successivo dell'atmosfera è chiamato Mesosfera. Limiti da circa 50 km a 85 km.

Nella mesosfera la concentrazione di ozono, che potrebbe intrappolare l'energia UV, è bassa, per cui la temperatura ricomincia a scendere con l'altezza. Nel punto di picco la temperatura scende a -90 C, alcune fonti indicano un valore di -130 C. La maggior parte dei meteoroidi brucia in questo strato dell'atmosfera.

Lo strato dell'atmosfera, che si estende da un'altezza di 85 km ad una distanza di 600 km dalla Terra, è chiamato Termosfera. La termosfera è la prima a incontrarsi pianeti.

Lo strato finale dell'atmosfera è l'esosfera, un guscio esterno che si estende per migliaia di chilometri.

L'esosfera è praticamente un luogo vuoto, tuttavia, il numero di atomi che vagano qui è un ordine di grandezza maggiore rispetto allo spazio interplanetario. Un uomo respira aria. Pressione normale – 760 millimetri mercurio

. Ad un'altitudine di 10.000 m la pressione è di circa 200 mm. rt. Arte. A tale altezza probabilmente una persona può respirare, almeno per un breve periodo, ma ciò richiede preparazione.

Lo Stato sarà chiaramente inoperabile.

Composizione del gas dell'atmosfera: 78% azoto, 21% ossigeno, circa un percento argon il resto è una miscela di gas che rappresenta la frazione più piccola del totale;

A volte l'atmosfera che circonda il nostro pianeta in uno spesso strato è chiamata il quinto oceano. Non per niente il secondo nome di un aereo è un aereo. L'atmosfera è una miscela di vari gas, tra cui predominano l'azoto e l'ossigeno. È grazie a quest'ultimo che la vita sul pianeta è possibile nella forma a cui tutti siamo abituati. Oltre a loro, ci sono l'1% di altri componenti. Questi sono gas inerti (che non entrano in interazioni chimiche), l'ossido di zolfo contiene anche impurità meccaniche: polvere, cenere, ecc. Tutti gli strati dell'atmosfera si estendono in totale per quasi 480 km dalla superficie (i dati sono diversi, noi). ci soffermeremo più in dettaglio su questo punto). Uno spessore così impressionante forma una sorta di scudo impenetrabile che protegge il pianeta dalle radiazioni cosmiche dannose e dagli oggetti di grandi dimensioni. Si distinguono i seguenti strati dell'atmosfera: la troposfera, seguita dalla stratosfera, poi dalla mesosfera e, infine, dalla termosfera. L'ordine dato inizia sulla superficie del pianeta. Gli strati densi dell'atmosfera sono rappresentati dai primi due. Sono loro che filtrano una parte significativa dei dannosi Lo strato più basso dell'atmosfera, la troposfera, si estende a soli 12 km sopra il livello del mare (18 km ai tropici). Qui si concentra fino al 90% del vapore acqueo, motivo per cui lì si formano le nuvole. Anche la maggior parte dell'aria si concentra qui. Tutti gli strati successivi dell'atmosfera sono più freddi, poiché la vicinanza alla superficie consente la riflessione

raggi del sole riscaldare l'aria.è il regime di temperatura: nell'intervallo da 25 a 40 km, la temperatura dell'aria inizia ad aumentare. Da -60 si sale fino a quasi 1. Poi c'è un leggero calo fino allo zero, che persiste fino a quota 55 km. Il limite superiore è il famigerato

Inoltre, la mesosfera si estende per quasi 90 km. La temperatura dell'aria qui scende bruscamente. Per ogni 100 metri di aumento si registra una diminuzione di 0,3 gradi. A volte è chiamata la parte più fredda dell'atmosfera. La densità dell'aria è bassa, ma è sufficiente per creare resistenza alla caduta delle meteore.

Gli strati dell'atmosfera nel senso comune del termine terminano ad un'altitudine di circa 118 km. Qui si formano le famose aurore. La regione della termosfera inizia in alto. A causa dei raggi X avviene la ionizzazione di quelle poche molecole d'aria contenute in questa zona. Questi processi creano la cosiddetta ionosfera (spesso è inclusa nella termosfera e quindi non viene considerata separatamente).

Tutto ciò che si trova al di sopra dei 700 km è chiamato esosfera. l'aria è estremamente piccola, quindi si muovono liberamente senza incontrare resistenza dovuta a collisioni. Ciò consente ad alcuni di loro di accumulare energia corrispondente a 160 gradi Celsius, nonostante la temperatura circostante sia bassa. Le molecole di gas sono distribuite in tutto il volume dell'esosfera in base alla loro massa, quindi le più pesanti possono essere rilevate solo nella parte inferiore dello strato. La gravità del pianeta, che diminuisce con l'altitudine, non è più in grado di trattenere le molecole, quindi le particelle cosmiche e le radiazioni ad alta energia impartiscono alle molecole di gas un impulso sufficiente per lasciare l'atmosfera. Questa regione è una delle più lunghe: si ritiene che l'atmosfera si trasformi completamente nel vuoto dello spazio ad altitudini superiori a 2000 km (a volte compare anche il numero 10.000). Quelli artificiali ruotano in orbite mentre sono ancora nella termosfera.

Tutti i numeri indicati sono indicativi, poiché i confini degli strati atmosferici dipendono da una serie di fattori, ad esempio dall'attività del sole.