Composizione dell'atmosfera terrestre. L'atmosfera terrestre

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). si soffermerà su questo punto più in dettaglio ulteriormente). 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 ai raggi solari riflessi di riscaldare l'aria.

La stratosfera si estende fino a quasi 50 km dalla superficie. La maggior parte dei palloni meteorologici "galleggiano" in questo strato. Qui possono volare anche alcuni tipi di aerei. Una delle caratteristiche sorprendenti 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 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.

ATMOSFERA
involucro gassoso che circonda un corpo celeste. Le sue caratteristiche dipendono dalle dimensioni, dalla massa, dalla temperatura, dalla velocità di rotazione e dalla composizione chimica di un dato corpo celestiale, e sono determinati anche dalla storia della sua formazione a partire dal momento del suo inizio. L'atmosfera terrestre è costituita da una miscela di gas chiamata aria. I suoi componenti principali sono azoto e ossigeno in un rapporto di circa 4:1. Una persona è colpita principalmente dallo stato dei 15-25 km inferiori dell'atmosfera, poiché è in questo strato inferiore che si concentra la maggior parte dell'aria. La scienza che studia l'atmosfera si chiama meteorologia, sebbene oggetto di questa scienza sia anche il tempo e i suoi effetti sull'uomo. Stato strati superiori cambia anche l’atmosfera situata ad altitudini comprese tra 60 e 300 e anche 1000 km dalla superficie terrestre. Qui si sviluppano forti venti, tempeste e si verificano sorprendenti fenomeni elettrici come le aurore. Molti dei fenomeni elencati sono associati al flusso della radiazione solare, alla radiazione cosmica e al campo magnetico terrestre. Gli alti strati dell'atmosfera sono anche un laboratorio chimico, poiché lì, in condizioni prossime al vuoto, alcuni gas atmosferici, sotto l'influenza di un potente flusso di energia solare, entrano in reazioni chimiche. La scienza che studia questi fenomeni e processi correlati è chiamata fisica dell’alta atmosfera.
CARATTERISTICHE GENERALI DELL'ATMOSFERA TERRESTRE
Dimensioni. Fino a quando razzi sonda e satelliti artificiali non esploravano gli strati esterni dell'atmosfera a distanze molte volte maggiori del raggio terrestre, si credeva che man mano che ci allontaniamo dalla superficie terrestre, l'atmosfera diventa gradualmente più rarefatta e passa dolcemente nello spazio interplanetario . È ormai accertato che i flussi di energia provenienti dagli strati profondi del Sole penetrano nello spazio ben oltre l’orbita terrestre, fino ai limiti esterni del Sistema Solare. Questo cosiddetto Il vento solare scorre attorno al campo magnetico terrestre, formando una "cavità" allungata all'interno della quale è concentrata l'atmosfera terrestre. Il campo magnetico della Terra è notevolmente ristretto sul lato diurno rivolto al Sole e forma una lunga lingua, che probabilmente si estende oltre l'orbita della Luna, sul lato opposto, quello notturno. Confine campo magnetico La Terra è chiamata magnetopausa. Sul lato diurno, questo confine passa ad una distanza di circa sette raggi terrestri dalla superficie, ma durante i periodi di maggiore attività solare risulta essere ancora più vicino alla superficie della Terra. La magnetopausa è anche il confine dell'atmosfera terrestre, il cui guscio esterno è anche chiamato magnetosfera, poiché in esso sono concentrate particelle cariche (ioni), il cui movimento è determinato dal campo magnetico terrestre. Il peso totale dei gas atmosferici è di circa 4,5 * 1015 tonnellate. Pertanto, il “peso” dell’atmosfera per unità di area, o pressione atmosferica, è di circa 11 tonnellate/m2 al livello del mare.
Significato per la vita. Da quanto sopra ne consegue che la Terra è separata dallo spazio interplanetario da un potente strato protettivo. Lo spazio esterno è permeato da potenti radiazioni ultraviolette e raggi X provenienti dal Sole e da radiazioni cosmiche ancora più forti, e questi tipi di radiazioni sono distruttive per tutti gli esseri viventi. Ai margini esterni dell'atmosfera, l'intensità della radiazione è letale, ma gran parte di essa viene trattenuta dall'atmosfera lontano dalla superficie terrestre. L'assorbimento di questa radiazione spiega molte delle proprietà degli alti strati dell'atmosfera e soprattutto i fenomeni elettrici che vi si verificano. Lo strato più basso dell'atmosfera, a livello del suolo, è particolarmente importante per gli esseri umani, che vivono nel punto di contatto tra il guscio solido, liquido e gassoso della Terra. Il guscio superiore della Terra “solida” è chiamato litosfera. Circa il 72% della superficie terrestre è coperta dalle acque oceaniche, che costituiscono la maggior parte dell'idrosfera. L'atmosfera confina sia con la litosfera che con l'idrosfera. L'uomo vive sul fondo dell'oceano d'aria e vicino o sopra il livello dell'oceano d'acqua. L'interazione di questi oceani è uno dei fattori importanti, determinando lo stato dell'atmosfera.
Composto. Gli strati inferiori dell'atmosfera sono costituiti da una miscela di gas (vedi tabella). Oltre a quelli elencati in tabella, altri gas sono presenti sotto forma di piccole impurità nell'aria: ozono, metano, sostanze come monossido di carbonio (CO), ossidi di azoto e zolfo, ammoniaca.

COMPOSIZIONE DELL'ATMOSFERA

Negli strati alti dell'atmosfera, la composizione dell'aria cambia sotto l'influenza della forte radiazione solare, che porta alla disintegrazione delle molecole di ossigeno in atomi. L'ossigeno atomico è il componente principale degli alti strati dell'atmosfera. Infine, negli strati dell'atmosfera più lontani dalla superficie terrestre, i componenti principali sono i gas più leggeri: idrogeno ed elio. Poiché la maggior parte della materia è concentrata nei 30 km inferiori, i cambiamenti nella composizione dell'aria ad altitudini superiori a 100 km non hanno un effetto notevole sulla composizione complessiva dell'atmosfera.
Scambio energetico. Il sole è la principale fonte di energia fornita alla Terra. Ad una distanza di ca. A 150 milioni di chilometri dal Sole, la Terra riceve circa un duemiliardesimo dell’energia che emette, principalmente nella parte visibile dello spettro, che gli esseri umani chiamano “luce”. La maggior parte di questa energia viene assorbita dall'atmosfera e dalla litosfera. Anche la Terra emette energia, principalmente sotto forma di radiazione infrarossa a onda lunga. In questo modo si stabilisce un equilibrio tra l'energia ricevuta dal Sole, il riscaldamento della Terra e dell'atmosfera e il flusso inverso di energia termica emessa nello spazio. Il meccanismo di questo equilibrio è estremamente complesso. Le molecole di polvere e gas diffondono la luce, riflettendola parzialmente nello spazio. Una quota ancora maggiore della radiazione in arrivo viene riflessa dalle nuvole. Parte dell'energia viene assorbita direttamente dalle molecole del gas, ma principalmente dalle rocce, dalla vegetazione e dalle acque superficiali. Il vapore acqueo e l'anidride carbonica presenti nell'atmosfera trasmettono la radiazione visibile ma assorbono la radiazione infrarossa. L'energia termica si accumula principalmente negli strati inferiori dell'atmosfera. Un effetto simile si verifica in una serra quando il vetro lascia entrare la luce e il terreno si riscalda. Poiché il vetro è relativamente opaco ai raggi infrarossi, nella serra si accumula calore. Il riscaldamento della bassa atmosfera dovuto alla presenza di vapore acqueo e anidride carbonica è spesso chiamato effetto serra. La nuvolosità gioca un ruolo significativo nel mantenimento del calore negli strati inferiori dell'atmosfera. Se le nuvole si schiariscono o l'aria diventa più trasparente, la temperatura inevitabilmente scende poiché la superficie terrestre irradia liberamente energia termica nello spazio circostante. L'acqua sulla superficie terrestre assorbe l'energia solare ed evapora, trasformandosi in gas - vapore acqueo, che trasporta un'enorme quantità di energia negli strati inferiori dell'atmosfera. Quando il vapore acqueo si condensa e si formano nuvole o nebbia, questa energia viene rilasciata sotto forma di calore. Circa la metà dell'energia solare che raggiunge la superficie terrestre viene spesa per l'evaporazione dell'acqua ed entra negli strati inferiori dell'atmosfera. Pertanto, a causa dell'effetto serra e dell'evaporazione dell'acqua, l'atmosfera si riscalda dal basso. Ciò spiega in parte l'elevata attività della sua circolazione rispetto alla circolazione dell'Oceano Mondiale, che è riscaldato solo dall'alto ed è quindi molto più stabile dell'atmosfera.
Vedi anche METEOROLOGIA E CLIMATOLOGIA. Oltre al riscaldamento generale dell'atmosfera dovuto alla luce solare, si verifica un riscaldamento significativo di alcuni dei suoi strati a causa delle radiazioni ultraviolette e dei raggi X provenienti dal Sole. Struttura. Rispetto ai liquidi e ai solidi, nelle sostanze gassose la forza di attrazione tra le molecole è minima. All’aumentare della distanza tra le molecole, i gas sono in grado di espandersi indefinitamente se nulla glielo impedisce. Il limite inferiore dell'atmosfera è la superficie della Terra. A rigor di termini, questa barriera è impenetrabile, poiché lo scambio di gas avviene tra aria e acqua e anche tra aria e rocce, ma in questo caso questi fattori possono essere trascurati. Poiché l'atmosfera è un guscio sferico, non ha confini laterali, ma solo un confine inferiore e un confine superiore (esterno), aperto dal lato dello spazio interplanetario. Alcuni gas neutri fuoriescono attraverso il confine esterno, così come la materia entra dallo spazio esterno circostante. La maggior parte delle particelle cariche, ad eccezione dei raggi cosmici ad alta energia, vengono catturate dalla magnetosfera o da essa respinte. L'atmosfera è influenzata anche dalla forza di gravità, che trattiene il guscio d'aria sulla superficie della Terra. I gas atmosferici sono compressi sotto il loro stesso peso. Questa compressione è massima al limite inferiore dell'atmosfera, quindi qui la densità dell'aria è maggiore. A qualsiasi altezza sopra la superficie terrestre, il grado di compressione dell'aria dipende dalla massa della colonna d'aria sovrastante, quindi, con l'altezza, la densità dell'aria diminuisce. La pressione, pari alla massa della colonna d'aria sovrastante per unità di area, dipende direttamente dalla densità e, quindi, diminuisce anche con l'altezza. Se l’atmosfera fosse un “gas ideale” con una composizione costante indipendente dall’altitudine, una temperatura costante e una forza di gravità costante che agisce su di essa, allora la pressione diminuirebbe 10 volte per ogni 20 km di altitudine. L'atmosfera reale è leggermente diversa da gas ideale fino a circa 100 km di altitudine, poi la pressione diminuisce più lentamente con l'altezza, al variare della composizione dell'aria. Piccole modifiche al modello descritto sono introdotte anche da una diminuzione della gravità con l'aumentare della distanza dal centro della Terra, che è di ca. 3% ogni 100 km di altitudine. A differenza della pressione atmosferica, la temperatura non diminuisce continuamente con l’altitudine. Come mostrato nella Fig. 1, diminuisce fino a circa 10 km di altezza, per poi ricominciare ad aumentare. Ciò si verifica quando la radiazione solare ultravioletta viene assorbita dall'ossigeno. Questo produce gas ozono, le cui molecole sono costituite da tre atomi di ossigeno (O3). Assorbe anche la radiazione ultravioletta e quindi questo strato dell'atmosfera, chiamato ozonosfera, si riscalda. Più in alto la temperatura scende nuovamente, poiché lì si trovano molte meno molecole di gas e l'assorbimento di energia si riduce di conseguenza. Negli strati ancora più alti la temperatura aumenta nuovamente a causa dell'assorbimento da parte dell'atmosfera della radiazione ultravioletta e dei raggi X della lunghezza d'onda più corta del Sole. Sotto l'influenza di questa potente radiazione, avviene la ionizzazione dell'atmosfera, ad es. una molecola di gas perde un elettrone e acquisisce una carica elettrica positiva. Tali molecole diventano ioni caricati positivamente. A causa della presenza di elettroni e ioni liberi, questo strato dell'atmosfera acquisisce le proprietà di un conduttore elettrico. Si ritiene che la temperatura continui a salire fino alle altezze in cui la sottile atmosfera passa nello spazio interplanetario. A diverse migliaia di chilometri dalla superficie terrestre prevalgono temperature comprese tra 5.000° e 10.000° C. Sebbene le molecole e gli atomi abbiano velocità di movimento molto elevate, e quindi temperature elevate, questo gas rarefatto non è “caldo”. nel senso comune. A causa del piccolo numero di molecole ad alta quota, il loro totale energia termica molto piccolo. Pertanto, l’atmosfera è costituita da strati separati (cioè una serie di gusci concentrici, o sfere), la cui separazione dipende da quale proprietà è di maggiore interesse. Sulla base della distribuzione della temperatura media, i meteorologi hanno sviluppato un diagramma della struttura dell'“atmosfera media” ideale (vedi Fig. 1).

La troposfera è lo strato inferiore dell'atmosfera, che si estende fino al primo minimo termico (la cosiddetta tropopausa). Il limite superiore della troposfera dipende dalla latitudine geografica (ai tropici - 18-20 km, alle latitudini temperate - circa 10 km) e dal periodo dell'anno. Il Servizio Meteorologico Nazionale degli Stati Uniti ha condotto dei sondaggi nelle vicinanze Polo Sud e ha rivelato cambiamenti stagionali nell'altezza della tropopausa. Nel mese di marzo la tropopausa si trova ad un'altitudine di ca. 7,5 km. Da marzo ad agosto o settembre si verifica un costante raffreddamento della troposfera e il suo confine breve periodo in agosto o settembre sale ad un'altitudine di circa 11,5 km. Poi da settembre a dicembre diminuisce rapidamente e raggiunge la posizione più bassa - 7,5 km, dove rimane fino a marzo, oscillando entro appena 0,5 km. È nella troposfera che si forma principalmente il tempo, che determina le condizioni per l'esistenza umana. La maggior parte del vapore acqueo atmosferico è concentrato nella troposfera, ed è qui che si formano principalmente le nuvole, anche se alcune, composte da cristalli di ghiaccio, si trovano negli strati più alti. La troposfera è caratterizzata da turbolenze e potenti correnti d'aria (venti) e tempeste. Nell'alta troposfera ci sono forti correnti d'aria in una direzione strettamente definita. Vortici turbolenti, simili a piccoli vortici, si formano sotto l'influenza dell'attrito e dell'interazione dinamica tra masse d'aria in movimento lento e veloce. Poiché di solito non c'è copertura nuvolosa a questi livelli elevati, questa turbolenza è chiamata "turbolenza con aria limpida".
Stratosfera. Lo strato superiore dell'atmosfera viene spesso erroneamente descritto come uno strato con temperature relativamente costanti, dove i venti soffiano più o meno costantemente e dove gli elementi meteorologici cambiano poco. Gli strati superiori della stratosfera si riscaldano quando l’ossigeno e l’ozono assorbono la radiazione ultravioletta del sole. Il limite superiore della stratosfera (stratopausa) è dove la temperatura aumenta leggermente, raggiungendo un massimo intermedio, spesso paragonabile alla temperatura dello strato superficiale dell'aria. Sulla base delle osservazioni effettuate utilizzando aeroplani e palloni progettati per volare ad altitudini costanti, sono stati accertati disturbi turbolenti e forti venti che soffiano nella stratosfera. direzioni diverse. Come nella troposfera, ci sono potenti vortici d'aria che sono particolarmente pericolosi per gli aerei ad alta velocità. Forti venti, chiamati correnti a getto, soffiano in zone ristrette lungo i confini verso i poli delle latitudini temperate. Tuttavia, queste zone possono spostarsi, scomparire e riapparire. Le correnti a getto tipicamente penetrano nella tropopausa e compaiono nell'alta troposfera, ma la loro velocità diminuisce rapidamente con il diminuire dell'altitudine. È possibile che parte dell’energia che entra nella stratosfera (principalmente spesa per la formazione dell’ozono) influisca sui processi nella troposfera. La miscelazione particolarmente attiva è associata a fronti atmosferici, dove sono stati registrati estesi flussi d'aria stratosferici ben al di sotto della tropopausa e l'aria troposferica è stata aspirata nella stratosfera inferiore. Sono stati compiuti progressi significativi nello studio della struttura verticale degli strati inferiori dell'atmosfera grazie al miglioramento della tecnologia per il lancio di radiosonde ad altitudini di 25-30 km. La mesosfera, situata al di sopra della stratosfera, è un guscio nel quale, fino ad un'altezza di 80-85 km, la temperatura scende ai valori minimi dell'atmosfera nel suo insieme. Documentazione basse temperature fino a -110° C sono stati registrati dai razzi meteorologici lanciati dall'impianto americano-canadese di Fort Churchill (Canada). Il limite superiore della mesosfera (mesopausa) coincide approssimativamente con il limite inferiore della regione di assorbimento attivo dei raggi X e della radiazione ultravioletta a onde corte provenienti dal Sole, che è accompagnato dal riscaldamento e dalla ionizzazione del gas. Nelle regioni polari, i sistemi nuvolosi compaiono spesso durante la mesopausa estiva e occupano vasta area, ma hanno uno sviluppo verticale insignificante. Tali nubi luminose notturne spesso rivelano movimenti d’aria ondulati su larga scala nella mesosfera. La composizione di queste nuvole, fonti di umidità e nuclei di condensazione, dinamica e connessione con fattori meteorologici non sono stati ancora sufficientemente studiati. La termosfera è uno strato dell'atmosfera in cui la temperatura aumenta continuamente. La sua potenza può raggiungere i 600 km. La pressione e quindi la densità del gas diminuiscono costantemente con l'altitudine. In prossimità della superficie terrestre 1 m3 di aria contiene ca. 2,5 x 1025 molecole, ad un'altezza di ca. 100 km, negli strati inferiori della termosfera - circa 1019, ad un'altitudine di 200 km, nella ionosfera - 5 * 10 15 e, secondo i calcoli, ad un'altitudine di ca. 850 km - circa 1012 molecole. Nello spazio interplanetario, la concentrazione di molecole è 10 8-10 9 per 1 m3. Ad un'altitudine di ca. 100 km il numero di molecole è piccolo e raramente si scontrano tra loro. La distanza media percorsa da una molecola in movimento caotico prima di scontrarsi con un'altra molecola simile è chiamata percorso libero medio. Lo strato in cui questo valore aumenta tanto da poter trascurare la probabilità di collisioni intermolecolari o interatomiche si trova al confine tra la termosfera e il guscio sovrastante (esosfera) e si chiama termopausa. La termopausa si trova a circa 650 km dalla superficie terrestre. Ad una certa temperatura, la velocità di una molecola dipende dalla sua massa: le molecole più leggere si muovono più velocemente di quelle più pesanti. Nella bassa atmosfera, dove il percorso libero è molto breve, non vi è alcuna separazione evidente dei gas in base al loro peso molecolare, ma è espressa al di sopra dei 100 km. Inoltre, sotto l'influenza della radiazione ultravioletta e dei raggi X del Sole, le molecole di ossigeno si disintegrano in atomi la cui massa è la metà della massa della molecola. Pertanto, man mano che ci allontaniamo dalla superficie terrestre, l'ossigeno atomico diventa sempre più importante nella composizione dell'atmosfera e ad un'altitudine di ca. 200 km diventano la sua componente principale. Più in alto, a una distanza di circa 1200 km dalla superficie terrestre, prevalgono i gas leggeri: elio e idrogeno. Il guscio esterno dell'atmosfera è costituito da loro. Questa separazione in peso, detta stratificazione diffusa, è simile alla separazione delle miscele mediante centrifuga. L'esosfera è lo strato esterno dell'atmosfera, formato in base ai cambiamenti di temperatura e alle proprietà del gas neutro. Le molecole e gli atomi nell'esosfera ruotano attorno alla Terra in orbite balistiche sotto l'influenza della gravità. Alcune di queste orbite sono paraboliche e ricordano le traiettorie dei proiettili. Le molecole possono ruotare attorno alla Terra e in orbite ellittiche, come i satelliti. Alcune molecole, principalmente idrogeno ed elio, hanno traiettorie aperte e vanno nello spazio (Fig. 2).

COLLEGAMENTI SOLARE-TERRESTRE E LORO INFLUENZA SULL'ATMOSFERA
Maree atmosferiche. L'attrazione del Sole e della Luna provoca maree nell'atmosfera, simili alle maree terrestri e marine. Ma le maree atmosferiche presentano una differenza significativa: l'atmosfera reagisce in modo più forte all'attrazione del Sole, mentre la crosta terrestre e l'oceano rispondono in modo più forte all'attrazione della Luna. Ciò è spiegato dal fatto che l'atmosfera è riscaldata dal Sole e, oltre a quella gravitazionale, si verifica una potente marea termica. In generale, i meccanismi di formazione dell'atmosfera e maree del mare sono simili, tranne che per prevedere la risposta dell'aria agli influssi gravitazionali e termici, è necessario tener conto della sua comprimibilità e della distribuzione della temperatura. Non è del tutto chiaro il motivo per cui le maree solari semidiurne (12 ore) nell’atmosfera prevalgono sulle maree solari giornaliere e sulle maree lunari semidiurne, sebbene forze motrici Gli ultimi due processi sono molto più potenti. In precedenza, si credeva che nell'atmosfera si formasse una risonanza che intensifica le oscillazioni con un periodo di 12 ore. Tuttavia, le osservazioni effettuate utilizzando razzi geofisici indicano l'assenza di ragioni di temperatura per tale risonanza. Quando si risolve questo problema, è probabilmente necessario tenere conto di tutte le caratteristiche idrodinamiche e termiche dell'atmosfera. Sulla superficie terrestre vicino all'equatore, dove l'influenza delle fluttuazioni delle maree è massima, si verifica una variazione della pressione atmosferica dello 0,1%. La velocità del vento della marea è di ca. 0,3 chilometri all'ora. A causa della complessa struttura termica dell'atmosfera (soprattutto la presenza di una temperatura minima nella mesopausa), le correnti d'aria di marea vengono intensificate e, ad esempio, ad un'altitudine di 70 km la loro velocità è circa 160 volte superiore a quella del superficie terrestre, che ha importanti conseguenze geofisiche. Si ritiene che nella parte inferiore della ionosfera (strato E), le fluttuazioni delle maree spostano il gas ionizzato verticalmente nel campo magnetico terrestre, e quindi qui si formano correnti elettriche. Questi sistemi di correnti costantemente emergenti sulla superficie terrestre sono stabiliti da disturbi nel campo magnetico. Le variazioni giornaliere del campo magnetico concordano abbastanza bene con i valori calcolati, il che fornisce una prova convincente a favore della teoria dei meccanismi delle maree della “dinamo atmosferica”. Le correnti elettriche generate nella parte inferiore della ionosfera (strato E) devono viaggiare da qualche parte e quindi il circuito deve essere chiuso. L'analogia con la dinamo diventa completa se consideriamo il movimento imminente come il lavoro di un motore. Si presume che la circolazione inversa della corrente elettrica avvenga in uno strato più alto della ionosfera (F), e questo controflusso può spiegare alcune delle caratteristiche peculiari di questo strato. Infine, l’effetto marea dovrebbe generare flussi orizzontali anche nello strato E e quindi nello strato F.
Ionosfera. Cercando di spiegare il meccanismo del verificarsi delle aurore, scienziati del 19 ° secolo. ha suggerito che esiste una zona con particelle caricate elettricamente nell'atmosfera. Nel 20 ° secolo sperimentalmente sono state ottenute prove convincenti dell'esistenza ad altitudini comprese tra 85 e 400 km di uno strato che riflette le onde radio. È ormai noto che le sue proprietà elettriche sono il risultato della ionizzazione del gas atmosferico. Pertanto, questo strato è solitamente chiamato ionosfera. L'effetto sulle onde radio è dovuto principalmente alla presenza di elettroni liberi nella ionosfera, sebbene il meccanismo di propagazione delle onde radio sia associato alla presenza di grandi ioni. Questi ultimi sono interessanti anche durante lo studio proprietà chimiche atmosfera, poiché sono più attivi degli atomi e delle molecole neutre. Le reazioni chimiche che si verificano nella ionosfera svolgono un ruolo importante nel suo equilibrio energetico ed elettrico.
Ionosfera normale. Le osservazioni effettuate utilizzando razzi e satelliti geofisici hanno fornito numerose nuove informazioni che indicano che la ionizzazione dell'atmosfera avviene sotto l'influenza della radiazione solare vasta gamma. La sua parte principale (oltre il 90%) è concentrata nella parte visibile dello spettro. La radiazione ultravioletta, che ha una lunghezza d'onda più corta e un'energia maggiore rispetto ai raggi di luce viola, viene emessa dall'idrogeno nell'atmosfera interna del Sole (la cromosfera), mentre i raggi X, che hanno un'energia ancora più elevata, vengono emessi dai gas nel guscio esterno del Sole. (la corona). Lo stato normale (medio) della ionosfera è dovuto a una radiazione potente e costante. Cambiamenti regolari si verificano nella ionosfera normale a causa della rotazione quotidiana della Terra e delle differenze stagionali nell'angolo di incidenza dei raggi solari a mezzogiorno, ma si verificano anche cambiamenti imprevedibili e bruschi nello stato della ionosfera.
Disturbi nella ionosfera. Come è noto, sul Sole si verificano potenti perturbazioni che si ripetono ciclicamente, che raggiungono il massimo ogni 11 anni. Le osservazioni nell'ambito del programma dell'Anno Geofisico Internazionale (IGY) hanno coinciso con il periodo di massima attività solare per l'intero periodo di osservazioni meteorologiche sistematiche, vale a dire dall'inizio del XVIII secolo. Durante i periodi di elevata attività, la luminosità di alcune aree del Sole aumenta più volte e queste emettono potenti impulsi di radiazioni ultraviolette e di raggi X. Tali fenomeni sono chiamati brillamenti solari. Durano da alcuni minuti a una o due ore. Durante un brillamento, viene emesso gas solare (principalmente protoni ed elettroni) e particelle elementari correre nello spazio. La radiazione elettromagnetica e corpuscolare proveniente dal Sole durante tali brillamenti ha forte impatto all'atmosfera terrestre. La reazione iniziale si osserva 8 minuti dopo il brillamento, quando un'intensa radiazione ultravioletta e di raggi X raggiunge la Terra. Di conseguenza, la ionizzazione aumenta notevolmente; I raggi X penetrano nell'atmosfera fino al limite inferiore della ionosfera; il numero di elettroni in questi strati aumenta così tanto che i segnali radio vengono quasi completamente assorbiti (“spenti”). L'ulteriore assorbimento delle radiazioni provoca il riscaldamento del gas, il che contribuisce allo sviluppo dei venti. Il gas ionizzato lo è conduttore elettrico, e quando si muove nel campo magnetico terrestre, si verifica un effetto dinamo e viene generata una corrente elettrica. Tali correnti possono a loro volta causare notevoli disturbi nel campo magnetico e manifestarsi sotto forma di tempeste magnetiche. Questa fase iniziale richiede solo poco tempo, corrispondente alla durata brillamento solare. Durante i potenti bagliori del Sole, un flusso di particelle accelerate si precipita nello spazio. Quando è diretto verso la Terra inizia la seconda fase, che ha una grande influenza sullo stato dell'atmosfera. Molti fenomeni naturali, i più famosi dei quali sono le aurore, indicano che un numero significativo di particelle cariche raggiungono la Terra (vedi anche AURORAURALI). Tuttavia, i processi di separazione di queste particelle dal Sole, le loro traiettorie nello spazio interplanetario e i meccanismi di interazione con il campo magnetico terrestre e la magnetosfera non sono stati ancora sufficientemente studiati. Il problema si complicò dopo la scoperta, nel 1958, da parte di James Van Allen, di gusci costituiti da particelle cariche trattenute da un campo geomagnetico. Queste particelle si muovono da un emisfero all'altro, ruotando a spirale attorno alle linee del campo magnetico. Vicino alla Terra, ad un'altezza che dipende dalla forma delle linee di campo e dall'energia delle particelle, si trovano dei “punti di riflessione” in cui le particelle cambiano la direzione del movimento nella direzione opposta (Fig. 3). Poiché l’intensità del campo magnetico diminuisce con la distanza dalla Terra, le orbite in cui si muovono queste particelle sono alquanto distorte: gli elettroni vengono deviati verso est e i protoni verso ovest. Pertanto, sono distribuiti sotto forma di cinture intorno globo.

Alcune conseguenze del riscaldamento dell'atmosfera da parte del sole. L’energia solare influenza l’intera atmosfera. Abbiamo già menzionato sopra le cinture formate da particelle cariche nel campo magnetico terrestre e che ruotano attorno ad esso. Queste cinture si avvicinano alla superficie terrestre nelle regioni subpolari (vedi Fig. 3), dove si osservano le aurore. La Figura 1 mostra che nelle regioni aurorali del Canada, le temperature della termosfera sono significativamente più alte rispetto agli Stati Uniti sudoccidentali. È probabile che le particelle catturate rilascino parte della loro energia nell'atmosfera, soprattutto quando entrano in collisione con molecole di gas vicine ai punti di riflessione, e lascino le loro orbite precedenti. È così che vengono riscaldati gli alti strati dell'atmosfera nella zona aurorale. Un'altra importante scoperta è stata fatta studiando le orbite dei satelliti artificiali. Luigi Iacchia, astronomo dell'Osservatorio Astrofisico Smithsonian, ritiene che le leggere deviazioni in queste orbite siano dovute ai cambiamenti nella densità dell'atmosfera riscaldata dal Sole. Ha suggerito l'esistenza di una densità elettronica massima ad un'altitudine di oltre 200 km nella ionosfera, che non corrisponde al mezzogiorno solare, ma sotto l'influenza delle forze di attrito è ritardata rispetto ad esso di circa due ore. In questo momento si osservano valori di densità atmosferica tipici per un'altitudine di 600 km ad un livello di ca. 950 km. Inoltre, la densità elettronica massima subisce fluttuazioni irregolari dovute a lampi a breve termine di radiazioni ultraviolette e raggi X provenienti dal Sole. L. Iacchia scoprì anche fluttuazioni a breve termine nella densità dell'aria, corrispondenti a brillamenti solari e disturbi del campo magnetico. Questi fenomeni si spiegano con l'intrusione di particelle origine solare nell'atmosfera terrestre e il riscaldamento degli strati in cui orbitano i satelliti.
ELETTRICITÀ ATMOSFERICA
Nello strato superficiale dell'atmosfera, una piccola parte delle molecole è soggetta a ionizzazione sotto l'influenza dei raggi cosmici, delle radiazioni delle rocce radioattive e dei prodotti di decadimento del radio (principalmente radon) nell'aria stessa. Durante la ionizzazione, un atomo perde un elettrone e acquisisce una carica positiva. L'elettrone libero si combina rapidamente con un altro atomo per formare uno ione carico negativamente. Tali ioni positivi e negativi accoppiati hanno dimensioni molecolari. Le molecole nell'atmosfera tendono a raggrupparsi attorno a questi ioni. Diverse molecole combinate con uno ione formano un complesso, solitamente chiamato “ione leggero”. L'atmosfera contiene anche complessi di molecole, conosciuti in meteorologia come nuclei di condensazione, attorno ai quali, quando l'aria è satura di umidità, inizia il processo di condensazione. Questi nuclei sono particelle di sale e polvere, nonché sostanze inquinanti rilasciate nell'aria da fonti industriali e di altro tipo. Gli ioni leggeri spesso si attaccano a tali nuclei, formando "ioni pesanti". Sotto influenza campo elettrico gli ioni leggeri e pesanti si spostano da una zona all'altra dell'atmosfera, trasferendo cariche elettriche. Sebbene l’atmosfera non sia generalmente considerata elettricamente conduttiva, possiede una certa conduttività. Pertanto, un corpo carico lasciato nell'aria perde lentamente la sua carica. La conduttività atmosferica aumenta con l'altitudine a causa dell'aumento dell'intensità dei raggi cosmici, della diminuzione della perdita di ioni a pressioni più basse (e quindi del percorso libero medio più lungo) e del minor numero di nuclei pesanti. La conducibilità atmosferica raggiunge il suo valore massimo ad un'altitudine di ca. 50 km, cosiddetti "livello di compensazione". È noto che tra la superficie terrestre e il “livello di compensazione” esiste una differenza di potenziale costante di diverse centinaia di kilovolt, cioè campo elettrico costante. Si è scoperto che la differenza potenziale tra un certo punto situato nell'aria ad un'altezza di diversi metri e la superficie terrestre è molto grande: più di 100 V. L'atmosfera ha una carica positiva e la superficie terrestre è caricata negativamente . Poiché il campo elettrico è una regione in ogni punto della quale esiste un certo valore potenziale, si può parlare di gradiente potenziale. Con tempo sereno, nei pochi metri più bassi, l'intensità del campo elettrico dell'atmosfera è quasi costante. A causa delle differenze nella conduttività elettrica dell'aria nello strato superficiale, il gradiente di potenziale è soggetto a fluttuazioni giornaliere, il cui andamento varia notevolmente da luogo a luogo. In assenza di fonti locali di inquinamento atmosferico - sopra gli oceani, in alta montagna o nelle regioni polari - la variazione diurna del gradiente potenziale è la stessa con tempo sereno. L'entità del gradiente dipende dal tempo universale, o media di Greenwich, (UT) e raggiunge un massimo a 19 ore E. Appleton ha suggerito che questa conduttività elettrica massima probabilmente coincide con la più grande attività temporalesca su scala planetaria. I fulmini durante i temporali trasportano una carica negativa sulla superficie terrestre, poiché le basi dei cumulonembi temporaleschi più attivi hanno una carica negativa significativa. Le sommità delle nubi temporalesche hanno una carica positiva che, secondo i calcoli di Holzer e Saxon, fuoriesce dalle sommità durante i temporali. Senza un rifornimento costante, la carica sulla superficie terrestre verrebbe neutralizzata dalla conduttività atmosferica. L'ipotesi che la differenza di potenziale tra la superficie terrestre e il "livello di compensazione" venga mantenuta dai temporali è supportata da dati statistici. Ad esempio, il numero massimo di temporali si osserva nella valle del fiume. Amazzoni. Molto spesso lì si verificano temporali alla fine della giornata, ad es. OK. 19:00 Ora del meridiano di Greenwich, quando il gradiente potenziale è massimo in qualsiasi parte del mondo. Inoltre, anche le variazioni stagionali nella forma delle curve di variazione diurna del gradiente potenziale sono in pieno accordo con i dati sulla distribuzione globale dei temporali. Alcuni ricercatori sostengono che la fonte del campo elettrico terrestre potrebbe essere di origine esterna, poiché si ritiene che i campi elettrici esistano nella ionosfera e nella magnetosfera. Questa circostanza spiega probabilmente la comparsa di forme allungate e molto strette di aurore, simili a coulisse e ad archi
(vedi anche LUCI AURORA). A causa della presenza di un gradiente potenziale e della conduttività dell’atmosfera, le particelle cariche iniziano a muoversi tra il “livello di compensazione” e la superficie terrestre: ioni caricati positivamente verso la superficie terrestre e ioni caricati negativamente verso l’alto da essa. La forza di questa corrente è di ca. 1800 A. Anche se questo valore sembra grande, bisogna ricordare che è distribuito su tutta la superficie della Terra. L'intensità di corrente in una colonna d'aria con una superficie di base di 1 m2 è di soli 4 * 10 -12 A. D'altra parte, l'intensità di corrente durante una scarica di fulmine può raggiungere diversi ampere, sebbene, ovviamente, tale la scarica ha una breve durata: da una frazione di secondo a un secondo intero o poco più con shock ripetuti. Il fulmine è di grande interesse non solo come fenomeno naturale peculiare. Permette di osservare una scarica elettrica in un mezzo gassoso con una tensione di diverse centinaia di milioni di volt e una distanza tra gli elettrodi di diversi chilometri. Nel 1750 B. Franklin propose alla Royal Society di Londra di condurre un esperimento con un'asta di ferro montata su una base isolante e montata su Torre alta. Si aspettava che quando una nube temporalesca si avvicinava alla torre, una carica del segno opposto si sarebbe concentrata all'estremità superiore dell'asta inizialmente neutra, e una carica dello stesso segno che alla base della nuvola sarebbe stata concentrata all'estremità inferiore. . Se l'intensità del campo elettrico durante la scarica di un fulmine aumenta sufficientemente, la carica dall'estremità superiore dell'asta fluirà parzialmente nell'aria e l'asta acquisirà una carica dello stesso segno della base della nuvola. L'esperimento proposto da Franklin non fu effettuato in Inghilterra, ma fu realizzato nel 1752 a Marly vicino a Parigi dal fisico francese Jean d'Alembert utilizzò l'inserto bottiglia di vetro(che fungeva da isolante) asta di ferro lunga 12 m, ma non la pose sulla torre. Il 10 maggio, il suo assistente ha riferito che quando una nuvola temporalesca era sopra la barra, sono apparse scintille quando vi è stato portato un filo con messa a terra. Lo stesso Franklin, ignaro del successo dell'esperienza realizzata in Francia, nel giugno dello stesso anno condusse il suo famoso esperimento con aquilone e osservò scintille elettriche all'estremità di un filo ad esso legato. L'anno successivo, mentre studiava le cariche raccolte dall'asta, Franklin stabilì che la base delle nubi temporalesche era solitamente caricata negativamente. Studi più dettagliati sui fulmini divennero possibili alla fine del XIX secolo. grazie al miglioramento dei metodi fotografici, soprattutto dopo l'invenzione di un apparato con lenti rotanti, che ha permesso di registrare processi in rapido sviluppo. Questo tipo di fotocamera è stata ampiamente utilizzata nello studio delle scariche di scintille. È stato scoperto che esistono diversi tipi di fulmini, i più comuni sono lineari, aerei (nelle nuvole) e sferici (scariche d'aria). Il fulmine lineare è una scarica di scintilla tra una nuvola e la superficie terrestre, seguendo un canale con rami verso il basso. I fulmini piatti si verificano all'interno di una nube temporalesca e appaiono come lampi di luce diffusa. Le scariche d'aria dei fulmini globulari, che partono da una nube temporalesca, sono spesso dirette orizzontalmente e non raggiungono la superficie terrestre.

Una scarica di fulmine consiste solitamente di tre o più scariche ripetute: impulsi che seguono lo stesso percorso. Gli intervalli tra gli impulsi successivi sono molto brevi, da 1/100 a 1/10 s (questo è ciò che provoca lo sfarfallio dei fulmini). In generale, il flash dura circa un secondo o meno. Un tipico processo di sviluppo dei fulmini può essere descritto come segue. Innanzitutto, una scarica leader debolmente luminosa si precipita dall'alto verso la superficie terrestre. Quando lo raggiunge, un ritorno brillantemente luminoso, o scarico principale, passa da terra verso l'alto attraverso il canale tracciato dal leader. Lo scarico principale, di regola, si muove a zigzag. La velocità della sua diffusione varia da cento a diverse centinaia di chilometri al secondo. Nel suo percorso ionizza le molecole d'aria, creando un canale con maggiore conduttività, attraverso il quale la scarica inversa si muove verso l'alto ad una velocità circa cento volte maggiore di quella della scarica principale. La dimensione del canale è difficile da determinare, ma il diametro dello scarico principale è stimato tra 1 e 10 me il diametro dello scarico di ritorno è di diversi centimetri. Le scariche dei fulmini creano interferenze radio emettendo onde radio in un'ampia gamma, da 30 kHz a frequenze ultrabasse. La maggiore emissione di onde radio è probabilmente nell'intervallo da 5 a 10 kHz. Tali interferenze radio a bassa frequenza sono “concentrate” nello spazio tra il confine inferiore della ionosfera e la superficie terrestre e possono diffondersi a distanze di migliaia di chilometri dalla sorgente.
CAMBIAMENTI NELL'ATMOSFERA
Impatto di meteore e meteoriti. Sebbene gli sciami meteorici a volte creino uno spettacolo di luce drammatico, le singole meteore vengono raramente viste. Molto più numerose sono le meteore invisibili, troppo piccole per essere visibili quando vengono assorbite nell'atmosfera. Alcune delle meteore più piccole probabilmente non si riscaldano affatto, ma vengono solo catturate dall'atmosfera. Queste piccole particelle con dimensioni che vanno da pochi millimetri fino a dieci millesimi di millimetro sono chiamate micrometeoriti. La quantità di materiale meteorico che entra ogni giorno nell'atmosfera varia da 100 a 10.000 tonnellate, la maggior parte di questo materiale proviene da micrometeoriti. Poiché la materia meteorica brucia parzialmente nell'atmosfera, la sua composizione gassosa viene riempita con tracce di vario genere elementi chimici. Ad esempio, le meteore rocciose introducono il litio nell’atmosfera. La combustione delle meteore metalliche porta alla formazione di minuscole goccioline sferiche di ferro, ferro-nichel e altre goccioline che attraversano l'atmosfera e si depositano sulla superficie terrestre. Si trovano in Groenlandia e in Antartide, dove le calotte glaciali rimangono pressoché invariate per anni. Gli oceanologi li trovano nei sedimenti del fondo dell'oceano. La maggior parte delle particelle meteoriche che entrano nell'atmosfera si depositano entro circa 30 giorni. Alcuni scienziati ritengono che questa polvere cosmica svolga un ruolo importante nella formazione di fenomeni atmosferici come la pioggia perché funge da nuclei di condensazione per il vapore acqueo. Pertanto, si presume che le precipitazioni siano statisticamente correlate ai grandi sciami meteorici. Tuttavia, alcuni esperti ritengono che, poiché la fornitura totale di materiale meteorico è molte decine di volte superiore a quella anche del più grande sciame meteorico, la variazione nella quantità totale di questo materiale risultante da una di queste piogge può essere trascurata. Tuttavia, non c'è dubbio che i micrometeoriti più grandi e, ovviamente, i meteoriti visibili lasciano lunghe tracce di ionizzazione negli strati alti dell'atmosfera, principalmente nella ionosfera. Tali tracce possono essere utilizzate per le comunicazioni radio a lunga distanza, poiché riflettono le onde radio ad alta frequenza. L'energia delle meteore che entrano nell'atmosfera viene spesa principalmente, e forse completamente, per riscaldarla. Questa è una delle componenti minori dell'equilibrio termico dell'atmosfera.
Anidride carbonica di origine industriale. Durante il periodo Carbonifero, la vegetazione legnosa era diffusa sulla Terra. Gran parte dell’anidride carbonica assorbita dalle piante in quel periodo si accumulava nei depositi di carbone e nei sedimenti petroliferi. L'uomo ha imparato a utilizzare enormi riserve di questi minerali come fonte di energia e ora sta rapidamente reimmettendo l'anidride carbonica nel ciclo delle sostanze. Lo stato fossile è probabilmente ca. 4*10 13 tonnellate di carbonio. Nel corso dell’ultimo secolo, l’umanità ha bruciato così tanto combustibile fossile che circa 4*10 11 tonnellate di carbonio sono state reimmesse nell’atmosfera. Attualmente ci sono ca. 2 * 10 12 tonnellate di carbonio e nei prossimi cento anni a causa della combustione di combustibili fossili questa cifra potrebbe raddoppiare. Tuttavia, non tutto il carbonio rimarrà nell'atmosfera: una parte si dissolverà nelle acque oceaniche, una parte verrà assorbita dalle piante e una parte verrà legata nel processo di alterazione delle rocce. Non è ancora possibile prevedere quanta anidride carbonica sarà contenuta nell’atmosfera o quale impatto avrà esattamente sul clima del globo. Tuttavia, si ritiene che qualsiasi aumento del suo contenuto causerà il riscaldamento, sebbene non sia affatto necessario che qualsiasi riscaldamento influisca in modo significativo sul clima. La concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera, secondo i risultati delle misurazioni, sta aumentando notevolmente, anche se a un ritmo lento. I dati climatici per le Svalbard e la stazione Little America sulla piattaforma di ghiaccio di Ross in Antartide mostrano medie in aumento temperature annuali in un periodo di circa 50 anni rispettivamente di 5° e 2,5° C.
Esposizione alle radiazioni cosmiche. Quando i raggi cosmici ad alta energia interagiscono con i singoli componenti dell'atmosfera, si formano isotopi radioattivi. Tra questi spicca l'isotopo del carbonio 14C, che si accumula nei tessuti vegetali e animali. Misurando la radioattività delle sostanze organiche che da lungo tempo non scambiano carbonio con l'ambiente, è possibile determinarne l'età. Il metodo del radiocarbonio si è affermato come il metodo più affidabile per datare organismi fossili e oggetti della cultura materiale la cui età non supera i 50mila anni. Altri isotopi radioattivi con lunghi tempi di dimezzamento possono essere utilizzati per datare materiali vecchi di centinaia di migliaia di anni se si riesce a risolvere la sfida fondamentale di misurare livelli estremamente bassi di radioattività.
(vedi anche DATAZIONE AL RADIOCARBONE).
ORIGINE DELL'ATMOSFERA TERRESTRE
La storia della formazione dell'atmosfera non è stata ancora ricostruita in modo completamente affidabile. Tuttavia sono stati individuati alcuni probabili cambiamenti nella sua composizione. La formazione dell'atmosfera iniziò immediatamente dopo la formazione della Terra. Ci sono buone ragioni per credere che nel processo di evoluzione della Terra e nella sua acquisizione di dimensioni e massa vicine a quelle moderne, abbia perso quasi completamente la sua atmosfera originaria. Si ritiene che in una fase iniziale la Terra fosse allo stato fuso e ca. 4,5 miliardi di anni fa prese forma solido. Questa pietra miliare è considerata l'inizio della cronologia geologica. Da quel momento c'è stata una lenta evoluzione dell'atmosfera. Alcuni processi geologici, come l'effusione della lava durante le eruzioni vulcaniche, furono accompagnati dal rilascio di gas dalle viscere della Terra. Probabilmente includevano azoto, ammoniaca, metano, vapore acqueo, monossido e biossido di carbonio. Sotto l'influenza della radiazione solare ultravioletta, il vapore acqueo si decompone in idrogeno e ossigeno, ma l'ossigeno rilasciato reagisce con il monossido di carbonio per formare anidride carbonica. L'ammoniaca si decompone in azoto e idrogeno. Durante il processo di diffusione, l'idrogeno si sollevava e lasciava l'atmosfera, e l'azoto più pesante non poteva evaporare e gradualmente si accumulava, diventando il suo componente principale, sebbene una parte di esso fosse legata durante reazioni chimiche. Sotto influenza raggi ultravioletti e le scariche elettriche, una miscela di gas probabilmente presente nell'atmosfera originaria della Terra entrava in reazioni chimiche che portavano alla formazione di sostanze organiche, in particolare di amminoacidi. Di conseguenza, la vita potrebbe aver avuto origine in un’atmosfera fondamentalmente diversa da quella moderna. Con l'avvento delle piante primitive iniziò il processo di fotosintesi (vedi anche FOTOSINTESI), accompagnato dal rilascio di ossigeno libero. Questo gas, soprattutto dopo la diffusione negli strati superiori dell'atmosfera, ha iniziato a proteggere i suoi strati inferiori e la superficie della Terra dalle radiazioni ultraviolette e dai raggi X potenzialmente letali. Si stima che la presenza di solo 0,00004 del volume moderno di ossigeno potrebbe portare alla formazione di uno strato con la metà dell'attuale concentrazione di ozono, che tuttavia forniva una protezione molto significativa dai raggi ultravioletti. È anche probabile che l'atmosfera primaria contenesse molta anidride carbonica. È stato consumato durante la fotosintesi e la sua concentrazione deve essere diminuita con l'evoluzione del mondo vegetale e anche a causa dell'assorbimento durante alcuni processi geologici. Perché il Effetto serra associati alla presenza di anidride carbonica nell'atmosfera, alcuni scienziati ritengono che le fluttuazioni della sua concentrazione siano una delle ragioni importanti di cambiamenti climatici su larga scala nella storia della Terra come le ere glaciali. L'elio presente nell'atmosfera moderna è probabilmente in gran parte un prodotto del decadimento radioattivo dell'uranio, del torio e del radio. Questi elementi radioattivi emettono particelle alfa, che sono i nuclei degli atomi di elio. Poiché durante il decadimento radioattivo non viene creata né persa alcuna carica elettrica, ci sono due elettroni per ogni particella alfa. Di conseguenza, si combina con loro formando atomi di elio neutri. Gli elementi radioattivi sono contenuti nei minerali dispersi nelle rocce, quindi una parte significativa dell'elio formatosi a seguito del decadimento radioattivo viene trattenuta in esse, fuggendo molto lentamente nell'atmosfera. Una certa quantità di elio sale verso l'alto nell'esosfera a causa della diffusione, ma a causa del costante afflusso dalla superficie terrestre, il volume di questo gas nell'atmosfera è costante. Sulla base dell'analisi spettrale della luce stellare e dello studio dei meteoriti, è possibile stimare l'abbondanza relativa di vari elementi chimici nell'Universo. La concentrazione di neon nello spazio è circa dieci miliardi di volte superiore a quella della Terra, il kripton è dieci milioni di volte superiore e lo xeno è un milione di volte superiore. Ne consegue che la concentrazione di questi gas inerti, inizialmente presenti nell’atmosfera terrestre e che non venivano reintegrati durante le reazioni chimiche, diminuì notevolmente, probabilmente anche nella fase di perdita dell’atmosfera primaria della Terra. Un'eccezione è il gas inerte argon, poiché sotto forma di isotopo 40Ar si forma ancora durante il decadimento radioattivo dell'isotopo di potassio.
FENOMENI OTTICI
La varietà dei fenomeni ottici nell'atmosfera è dovuta a vari motivi. I fenomeni più comuni includono i fulmini (vedi sopra) e le spettacolari aurore settentrionali e meridionali (vedi anche AURORA). Inoltre, sono particolarmente interessanti l'arcobaleno, la Gal, il parhelium (falso sole) e gli archi, la corona, gli aloni e i fantasmi di Brocken, i miraggi, i fuochi di Sant'Elmo, le nuvole luminose, i raggi verdi e crepuscolari. L'arcobaleno è il fenomeno atmosferico più bello. Di solito si tratta di un enorme arco costituito da strisce multicolori, osservato quando il Sole illumina solo una parte del cielo e l'aria è satura di goccioline d'acqua, ad esempio durante la pioggia. Gli archi multicolori sono disposti in una sequenza spettrale (rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco, viola), ma i colori non sono quasi mai puri perché le strisce si sovrappongono. Generalmente, caratteristiche fisiche Gli arcobaleni differiscono in modo significativo, quindi hanno un aspetto molto diverso. Loro caratteristica comuneè che il centro dell'arco si trova sempre su una linea retta tracciata dal Sole all'osservatore. L'arcobaleno principale è un arco costituito dai colori più brillanti: rosso all'esterno e viola all'interno. A volte è visibile un solo arco, ma spesso appare un arco laterale all'esterno dell'arcobaleno principale. Non ha colori vivaci come il primo e le strisce rosse e viola cambiano posto: quella rossa si trova all'interno. La formazione dell'arcobaleno principale è spiegata dalla doppia rifrazione (vedi anche OTTICA) e dalla singola riflessione interna dei raggi luce del sole(vedi Fig. 5). Penetrando all'interno di una goccia d'acqua (A), un raggio di luce viene rifratto e scomposto, come se passasse attraverso un prisma. Successivamente raggiunge la superficie opposta della goccia (B), ne viene riflessa e lascia la goccia all'esterno (C). In questo caso il raggio luminoso viene rifratto una seconda volta prima di raggiungere l'osservatore. Il raggio bianco iniziale viene scomposto in raggi di colore diverso con angolo di divergenza di 2°. Quando si forma un arcobaleno secondario, si verificano la doppia rifrazione e la doppia riflessione dei raggi solari (vedi Fig. 6). In questo caso la luce viene rifratta, penetrando nella goccia attraverso la sua parte inferiore (A), e riflessa dalla superficie interna della goccia, prima nel punto B, poi nel punto C. Nel punto D la luce viene rifratta, lasciando la goccia verso l'osservatore.

All'alba e al tramonto, l'osservatore vede un arcobaleno sotto forma di un arco pari a mezzo cerchio, poiché l'asse dell'arcobaleno è parallelo all'orizzonte. Se il Sole è più alto sopra l'orizzonte, l'arco dell'arcobaleno è meno della metà della circonferenza. Quando il Sole supera i 42° sopra l'orizzonte, l'arcobaleno scompare. Ovunque, tranne che alle alte latitudini, l'arcobaleno non può apparire a mezzogiorno, quando il sole è troppo alto. È interessante stimare la distanza dall'arcobaleno. Anche se l'arco multicolore sembra trovarsi sullo stesso piano, si tratta di un'illusione. L'arcobaleno, infatti, ha una profondità enorme, e può essere immaginato come la superficie di un cono cavo, alla sommità del quale si trova l'osservatore. L'asse del cono collega il Sole, l'osservatore e il centro dell'arcobaleno. L'osservatore guarda come se lungo la superficie di questo cono. Due persone non potranno mai vedere esattamente lo stesso arcobaleno. Naturalmente si può osservare sostanzialmente lo stesso effetto, ma si presentano due arcobaleni posizione diversa e sono formati da diverse goccioline d'acqua. Quando la pioggia o gli spruzzi formano un arcobaleno, l'effetto ottico completo è ottenuto dall'effetto combinato di tutte le gocce d'acqua che attraversano la superficie del cono dell'arcobaleno con l'osservatore all'apice. Il ruolo di ogni goccia è fugace. La superficie del cono arcobaleno è composta da diversi strati. Attraversandoli rapidamente e passando attraverso una serie di punti critici, ogni goccia decompone istantaneamente il raggio solare nell'intero spettro in una sequenza rigorosamente definita: dal rosso al viola. Molte gocce intersecano allo stesso modo la superficie del cono, tanto che l'arcobaleno appare all'osservatore come continuo sia lungo che attraverso il suo arco. Gli aloni sono archi e cerchi di luce bianchi o iridescenti attorno al disco del Sole o della Luna. Si formano a causa della rifrazione o riflessione della luce da parte dei cristalli di ghiaccio o di neve nell'atmosfera. I cristalli che formano l'alone si trovano sulla superficie di un cono immaginario con un asse diretto dall'osservatore (dalla sommità del cono) al Sole. In determinate condizioni, l'atmosfera può essere satura di piccoli cristalli, molte delle cui facce formano un angolo retto con il piano che passa attraverso il Sole, l'osservatore e questi cristalli. Tali facce riflettono i raggi luminosi entranti con una deviazione di 22°, formando un alone rossastro all'interno, ma può anche essere costituito da tutti i colori dello spettro. Meno comune è un alone con raggio angolare di 46°, situato concentricamente attorno a un alone di 22°. Anche il suo lato interno ha una tinta rossastra. La ragione di ciò è anche la rifrazione della luce, che in questo caso avviene sui bordi dei cristalli che formano angoli retti. La larghezza dell'anello di tale alone supera i 2,5°. Sia gli aloni a 46 gradi che quelli a 22 gradi tendono ad essere più luminosi nella parte superiore e inferiore dell'anello. Il raro alone a 90 gradi è un anello debolmente luminoso, quasi incolore, che condivide un centro comune con altri due aloni. Se è colorato, avrà un colore rosso all'esterno dell'anello. Il meccanismo con cui si verifica questo tipo di alone non è completamente compreso (Fig. 7).

Parhelia e archi. Il cerchio parelico (o cerchio dei falsi soli) è un anello bianco centrato nel punto zenit, che passa per il Sole parallelamente all'orizzonte. Il motivo della sua formazione è il riflesso della luce solare dai bordi delle superfici dei cristalli di ghiaccio. Se i cristalli sono distribuiti in modo sufficientemente uniforme nell'aria, diventano visibili cerchio completo . Le parelie, o falsi soli, sono macchie luminosissime che ricordano il Sole che si formano nei punti di intersezione del cerchio parelico con aloni aventi raggi angolari di 22°, 46° e 90°. Il parelio più frequente e più luminoso si forma all'intersezione con l'alone di 22 gradi, solitamente colorato in quasi tutti i colori dell'arcobaleno. I falsi soli alle intersezioni con aloni di 46 e 90 gradi si osservano molto meno frequentemente. Le parhelie che si verificano alle intersezioni con aloni di 90 gradi sono chiamate parantelie o falsi controsoli. A volte è visibile anche un antelium (anti-sole), un punto luminoso situato sull'anello del parelio esattamente di fronte al Sole. Si presume che la causa di questo fenomeno sia la doppia riflessione interna della luce solare. Il raggio riflesso segue lo stesso percorso del raggio incidente, ma in direzione opposta. Un arco vicino allo zenit, a volte chiamato erroneamente arco tangente superiore di un alone di 46 gradi, è un arco di 90° o meno centrato allo zenit, situato a circa 46° sopra il Sole. È visibile raramente e solo per pochi minuti, ha colori vivaci, con il colore rosso confinato al lato esterno dell'arco. L'arco quasi zenitale è notevole per il suo colore, luminosità e contorni chiari. Un altro effetto ottico interessante e molto raro del tipo alone è l'arco di Lowitz. Sorgono come continuazione del parhelia all'intersezione con l'alone di 22 gradi, si estendono dal lato esterno dell'alone e sono leggermente concavi verso il Sole. Colonne di luce biancastra, come varie croci, sono talvolta visibili all'alba o al tramonto, soprattutto nelle regioni polari, e possono accompagnare sia il Sole che la Luna. A volte si osservano aloni lunari e altri effetti simili a quelli sopra descritti, tra cui l'alone lunare più comune (un anello attorno alla Luna) con un raggio angolare di 22°. Proprio come i falsi soli, possono sorgere false lune. Le corone, o corone, sono piccoli anelli concentrici di colore attorno al Sole, alla Luna o ad altri oggetti luminosi che si osservano di tanto in tanto quando la fonte di luce si trova dietro nuvole traslucide. Il raggio della corona è inferiore al raggio dell'alone ed è di ca. 1-5°, l'anello blu o viola è il più vicino al Sole. Una corona si verifica quando la luce viene diffusa da piccole goccioline d'acqua, formando una nuvola. A volte la corona appare come una macchia luminosa (o alone) che circonda il Sole (o la Luna), che termina con un anello rossastro. In altri casi, all'esterno dell'alone, sono visibili almeno due anelli concentrici di diametro maggiore, colorati molto debolmente. Questo fenomeno è accompagnato da nuvole arcobaleno. A volte i bordi delle nuvole molto alte hanno colori vivaci.
Gloria (aureole). In condizioni speciali, insolite fenomeni atmosferici. Se il Sole è dietro l'osservatore e la sua ombra è proiettata sulle nuvole vicine o su una cortina di nebbia, in un certo stato dell'atmosfera attorno all'ombra della testa di una persona, puoi vedere un cerchio luminoso colorato: un alone. Tipicamente, un tale alone si forma a causa del riflesso della luce delle gocce di rugiada su un prato erboso. I gloria si trovano molto spesso anche attorno all'ombra proiettata dall'aereo sulle nuvole sottostanti.
Fantasmi di Brocken. In alcune zone del globo, quando l'ombra di un osservatore situato su una collina all'alba o al tramonto cade dietro di lui su nuvole situate a breve distanza, si scopre un effetto sorprendente: l'ombra assume dimensioni colossali. Ciò si verifica a causa della riflessione e rifrazione della luce da parte di minuscole goccioline d'acqua nella nebbia. Il fenomeno descritto è chiamato il "fantasma di Brocken" dal nome della vetta nei monti Harz in Germania.
Miraggi- un effetto ottico causato dalla rifrazione della luce quando passa attraverso strati d'aria di diversa densità ed espresso nell'apparenza di un'immagine virtuale. In questo caso, gli oggetti distanti possono apparire sollevati o abbassati rispetto alla loro posizione reale, ma possono anche essere distorti e assumere forme irregolari e fantastiche. I miraggi vengono spesso osservati nei climi caldi, come sulle pianure sabbiose. I miraggi inferiori sono comuni, quando una superficie desertica distante, quasi piatta, assume l'aspetto di acque libere, specialmente se vista da una leggera elevazione o semplicemente situata sopra uno strato di aria riscaldata. Questa illusione di solito si verifica su una strada asfaltata riscaldata, che sembra una superficie d'acqua molto più avanti. In realtà, questa superficie è un riflesso del cielo. Sotto il livello degli occhi, in questa “acqua” possono apparire oggetti, solitamente capovolti. Sulla superficie terrestre riscaldata si forma una “torta a strati d’aria”, lo strato più vicino al suolo è il più caldo e così rarefatto che le onde luminose che lo attraversano risultano distorte, poiché la velocità della loro propagazione varia a seconda della densità del mezzo. . I miraggi superiori sono meno comuni e più pittoreschi di quelli inferiori. Gli oggetti distanti (spesso situati oltre l'orizzonte marino) appaiono capovolti nel cielo, e talvolta appare anche un'immagine verticale dello stesso oggetto sopra. Questo fenomeno è tipico delle regioni fredde, soprattutto quando si verifica una significativa inversione di temperatura, quando c'è uno strato d'aria più caldo sopra uno strato più freddo. Questo effetto ottico si manifesta come risultato di complessi schemi di propagazione del fronte delle onde luminose in strati d'aria con densità disomogenea. Di tanto in tanto si verificano miraggi molto insoliti, soprattutto nelle regioni polari. Quando i miraggi si verificano sulla terra, gli alberi e gli altri componenti del paesaggio sono capovolti. In tutti i casi, gli oggetti sono visibili più chiaramente nei miraggi superiori che in quelli inferiori. Quando il confine di due masse d'aria è un piano verticale, a volte si osservano miraggi laterali.
Fuoco di Sant'Elmo. Alcuni fenomeni ottici nell'atmosfera (ad esempio il bagliore e il fenomeno meteorologico più comune: i fulmini) sono di natura elettrica. Molto meno comuni sono le luci di Sant'Elmo: pennelli luminosi blu pallido o viola lunghi da 30 cm a 1 metro o più, di solito sulle cime degli alberi o sulle estremità dei pennoni delle navi in mare. A volte sembra che l'intero sartiame della nave sia ricoperto di fosforo e bagliori. Il Fuoco di Sant'Elmo a volte appare sulle cime delle montagne, così come sulle guglie e sugli angoli acuti degli edifici alti. Questo fenomeno rappresenta scariche elettriche a spazzola alle estremità dei conduttori elettrici quando l'intensità del campo elettrico nell'atmosfera circostante aumenta notevolmente. I fuochi fatui sono un debole bagliore bluastro o verdastro che a volte si osserva nelle paludi, nei cimiteri e nelle cripte. Spesso assomigliano alla fiamma di una candela sollevata a circa 30 cm dal suolo, che brucia silenziosamente, non emette calore e si libra per un momento sopra l'oggetto. La luce sembra del tutto sfuggente e, quando l'osservatore si avvicina, sembra spostarsi in un altro luogo. La ragione di questo fenomeno è la decomposizione dei residui organici e la combustione spontanea del gas di palude metano (CH4) o fosfina (PH3). I fuochi fatui hanno forme diverse, a volte anche sferiche. Raggio verde: un lampo di luce solare verde smeraldo nel momento in cui l'ultimo raggio di sole scompare dietro l'orizzonte. La componente rossa della luce solare scompare per prima, seguono in ordine tutte le altre e l'ultima rimane quella verde smeraldo. Questo fenomeno si verifica solo quando solo il bordo estremo del disco solare rimane sopra l'orizzonte, altrimenti si verifica una miscela di colori. I raggi crepuscolari sono fasci divergenti di luce solare che diventano visibili grazie all'illuminazione della polvere negli alti strati dell'atmosfera. Le ombre delle nuvole formano strisce scure e i raggi si diffondono tra di loro. Questo effetto si verifica quando il Sole è basso sull'orizzonte prima dell'alba o dopo il tramonto.

L'atmosfera terrestre

Atmosfera(da. Greco anticoἀτμός - vapore e σφαῖρα - palla) - gas conchiglia ( geosfera), che circonda il pianeta Terra. La sua superficie interna copre idrosfera e parzialmente abbaio, quello esterno confina con la parte vicina alla Terra dello spazio esterno.

Viene comunemente chiamato l'insieme delle branche della fisica e della chimica che studiano l'atmosfera fisica dell'atmosfera. L'atmosfera determina tempo atmosferico sulla superficie della Terra, studiando il tempo meteorologia e variazioni a lungo termine clima - climatologia.

La struttura dell'atmosfera

La struttura 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 aria atmosferica e circa il 90% di tutto il vapore acqueo disponibile nell'atmosfera. Nella troposfera sono molto sviluppati turbolenza E convezione, presentarsi nuvole, si stanno sviluppando cicloni E anticicloni. La temperatura diminuisce con l'aumentare dell'altitudine con la verticale media pendenza 0,65°/100 m

Sono accettate come “condizioni normali” sulla superficie terrestre: densità 1,2 kg/m3, pressione barometrica 101,35 kPa, temperatura più 20 °C e umidità relativa 50%. Questi indicatori condizionali hanno un significato puramente ingegneristico.

Stratosfera

Uno strato dell'atmosfera situato ad un'altitudine compresa tra 11 e 50 km. Caratterizzato da un leggero cambiamento della temperatura nello strato 11-25 km (strato inferiore della stratosfera) e da un aumento nello strato 25-40 km da −56,5 a 0,8 ° CON(strato superiore della stratosfera o regione inversioni). 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 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

Mesosfera inizia ad un'altitudine di 50 km e si estende per 80-90 km. La temperatura diminuisce con l'altezza con un gradiente verticale medio di (0,25-0,3)°/100 m. Il principale processo energetico è il trasferimento di calore radiante. Processi fotochimici complessi che coinvolgono i radicali liberi, molecole eccitate vibrazionalmente, ecc., provocano il bagliore dell'atmosfera.

Mesopausa

Strato di transizione tra mesosfera e termosfera. C'è un minimo nella distribuzione verticale della temperatura (circa -90 °C).

Linea Karman

L'altezza sopra il livello del mare, che è convenzionalmente accettata come confine tra l'atmosfera terrestre e lo spazio.

Termosfera

articolo principale: Termosfera

Strati atmosferici fino ad un'altezza di 120 km

Esosfera (sfera di diffusione)

Esosfera- zona di dispersione, la parte esterna della termosfera, situata al di sopra dei 700 km. Il gas nell'esosfera è molto rarefatto e da qui le sue particelle fuoriescono nello spazio interplanetario ( dissipazione).

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 energia cinetica le singole particelle ad altitudini di 200-250 km corrispondono 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 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%; 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 pausa turbo, si trova ad un'altitudine di circa 120 km.

Proprietà fisiche

Lo spessore dell'atmosfera è di circa 2000 - 3000 km dalla superficie terrestre. Massa totale aria- (5,1-5,3)×10 18 kg. Massa molare l'aria pulita e secca è 28.966. Pressione a 0 °C al livello del mare 101.325 kPa; temperatura critica?140,7 °C; pressione critica 3,7 MPa; C P 1.0048×10 3 J/(kg K) (a 0 °C), C v 0,7159×10 3 J/(kg K) (a 0 °C). La solubilità dell'aria in acqua a 0 °C è 0,036%, a 25 °C - 0,22%.

Proprietà fisiologiche e altre proprietà dell'atmosfera

Già ad un'altitudine di 5 km sul livello del mare si sviluppa una persona non allenata carenza di ossigeno e senza adattamento, le prestazioni di una persona sono significativamente ridotte. 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. Pressione parziale l'ossigeno nell'aria alveolare alla normale pressione atmosferica è di 110 mm Hg. 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, gli agenti ionizzanti hanno un effetto intenso sul corpo. radiazione- raggi cosmici primari; Ad altitudini superiori a 40 km, la parte ultravioletta dello spettro solare è pericolosa per l'uomo.

Man mano che ci innalziamo ad un'altezza sempre maggiore sopra la superficie terrestre, fenomeni familiari osservati negli strati inferiori dell'atmosfera come la propagazione del suono, l'emergere di fenomeni aerodinamici sollevare e resistenza, trasferimento di calore convezione e così via.

In strati d'aria rarefatti, distribuzione suono risulta 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 partendo da quote di 100-130 km, concetti familiari ad ogni pilota numeri M E Barriera del suono perdono il loro significato, c'è un condizionale Linea Karman oltre il quale inizia l'ambito del volo puramente balistico, che può essere controllato solo mediante 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 tale altezza, come in generale nello spazio, l'unico modo per trasferire il calore è radiazione termica.

Composizione atmosferica

Composizione dell'aria secca

L'atmosfera terrestre è costituita principalmente da gas e varie impurità (polvere, gocce d'acqua, cristalli di ghiaccio, sali marini, prodotti della combustione).

La concentrazione dei gas che compongono l'atmosfera è quasi costante, ad eccezione dell'acqua (H 2 O) e dell'anidride carbonica (CO 2).

Composizione dell'aria secca

Azoto
Ossigeno
Argon
Acqua
Diossido di carbonio
Neon
Elio
Metano
Krypton
Idrogeno
Xeno
Ossido nitroso

L'atmosfera contiene oltre ai gas indicati in tabella SO 2, NH 3, CO, ozono, idrocarburi, HCl, HF, coppie Hg, I 2 , e anche NO e molti altri gas in piccole quantità. La troposfera contiene costantemente un gran numero di particelle solide e liquide sospese ( aerosol).

Storia della formazione atmosferica

Secondo la teoria più diffusa, l'atmosfera terrestre ha avuto nel tempo quattro diverse composizioni. Inizialmente era costituito da gas leggeri ( idrogeno E elio), catturato 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:

fuoriuscita di gas leggeri (idrogeno ed elio). 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 N 2 è dovuta all'ossidazione dell'atmosfera di ammoniaca-idrogeno da parte dell'O 2 molecolare, che iniziò a fuoriuscire dalla superficie del pianeta a seguito della fotosintesi, a partire da 3 miliardi di anni fa. L'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 nella produzione industriale di fertilizzanti azotati. Possono ossidarlo con un basso consumo energetico e convertirlo in una forma biologicamente attiva. cianobatteri (alghe blu-verdi) e batteri noduli che formano rizobi simbiosi Con legumi piante, cosiddette concime verde.

Ossigeno

La composizione dell'atmosfera cominciò a cambiare radicalmente con l'apparizione sulla Terra organismi viventi, di conseguenza fotosintesi accompagnato dal rilascio di ossigeno e dall'assorbimento di anidride carbonica. Inizialmente, l'ossigeno veniva speso per l'ossidazione dei composti ridotti: ammoniaca, idrocarburi, forma nitrosa ghiandola contenuto negli oceani, ecc. Alla fine 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 ha causato cambiamenti gravi e improvvisi in molti processi che si verificano in atmosfera, litosfera E biosfera, è stato chiamato questo evento Disastro dell'ossigeno.

Durante Fanerozoico la composizione dell'atmosfera e il contenuto di ossigeno hanno subito cambiamenti. Erano correlati principalmente al tasso di deposizione dei sedimenti organici. Pertanto, durante i periodi di accumulo di carbone, il contenuto di ossigeno nell'atmosfera apparentemente superava in modo significativo il livello moderno.

Diossido di carbonio

Il contenuto di CO 2 nell'atmosfera dipende dall'attività vulcanica e dai processi chimici nei gusci terrestri, ma soprattutto dall'intensità della biosintesi e dalla decomposizione della materia organica in biosfera Terra. Quasi tutta la biomassa attuale del pianeta (circa 2,4×10 12 tonnellate ) si forma a causa dell'anidride carbonica, dell'azoto e del vapore acqueo contenuti nell'aria atmosferica. Sepolto dentro oceano, V paludi e dentro foreste la materia organica si trasforma in carbone, olio E gas naturale. (cm. Ciclo geochimico del carbonio)

gas nobili

Fonte di gas inerti - Argon, elio E krypton- eruzioni vulcaniche e decadimento di elementi radioattivi. La Terra in generale e l'atmosfera in particolare sono impoverite di gas inerti rispetto allo spazio. Si ritiene che la ragione di ciò risieda nella continua fuoriuscita di gas nello spazio interplanetario.

Inquinamento dell'aria

IN Ultimamente cominciò a influenzare l'evoluzione dell'atmosfera Umano. 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 50 - 60 anni la quantità di CO 2 nell’atmosfera raddoppierà e potrebbe portare a cambiamento climatico globale.

La combustione dei carburanti è la principale fonte di gas inquinanti ( CO, NO, COSÌ 2 ). L'anidride solforosa viene ossidata dall'ossigeno atmosferico COSÌ 3 negli strati superiori dell'atmosfera, che a sua volta interagisce con l'acqua e il vapore di ammoniaca, e il conseguente acido solforico (H 2 COSÌ 4 ) E solfato di ammonio ((NH 4 ) 2 COSÌ 4 ) ritornare sulla superficie della Terra sotto forma del cosiddetto. pioggia acida. Utilizzo motori a combustione interna porta ad un significativo 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, trasporto di gocce di acqua di mare e polline di piante, ecc.) e 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.

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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 nell'atmosfera terrestre è 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% del vapore acqueo totale presente nell'atmosfera. Nella troposfera la turbolenza e la convezione sono molto sviluppate, compaiono 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 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 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%; massa della mesosfera - non più dello 0,3%, termosfera - meno dello 0,05%. massa totale atmosfera.

In base alle proprietà elettriche nell'atmosfera, distinguono neutrosfera E ionosfera .

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.

Altre proprietà dell'atmosfera ed effetti sul corpo umano

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.

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.

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 dell'aria

Recentemente, gli esseri umani hanno iniziato a influenzare l’evoluzione dell’atmosfera. Il risultato dell'attività umana è stato un costante aumento del contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera dovuto alla combustione di idrocarburi combustibili 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

Il guscio d'aria che circonda il nostro pianeta e ruota con esso è chiamato atmosfera. La metà della massa totale dell'atmosfera è concentrata nei 5 km inferiori e tre quarti della massa nei 10 km inferiori. Più in alto l'aria è notevolmente rarefatta, anche se le sue particelle si trovano ad un'altitudine di 2000-3000 km sopra la superficie terrestre.

L'aria che respiriamo è una miscela di gas. Contiene soprattutto azoto - 78% e ossigeno - 21%. L'argon costituisce meno dell'1% e lo 0,03% è anidride carbonica. Numerosi altri gas, come kripton, xeno, neon, elio, idrogeno, ozono e altri, costituiscono millesimi e milionesimi di percentuale. L'aria contiene anche vapore acqueo, particelle di varie sostanze, batteri, polline e polvere cosmica.

L'atmosfera è composta da diversi strati. Lo strato inferiore fino ad un'altezza di 10-15 km sopra la superficie terrestre è chiamato troposfera. È riscaldato dalla Terra, quindi la temperatura dell'aria qui scende di 6 °C con l'altezza per 1 chilometro di aumento. La troposfera contiene quasi tutto il vapore acqueo e si formano quasi tutte le nuvole - ca. L'altezza della troposfera alle diverse latitudini del pianeta non è la stessa. Sopra i poli sale a 9 km, sopra latitudini temperate- fino a 10-12 km e sopra l'equatore - fino a 15 km. I processi che si verificano nella troposfera - la formazione e il movimento delle masse d'aria, la formazione di cicloni e anticicloni, la comparsa di nuvole e precipitazioni - determinano il tempo e il clima sulla superficie terrestre.

Al di sopra della troposfera si trova la stratosfera, che si estende fino a 50-55 km. La troposfera e la stratosfera sono separate da uno strato di transizione, la tropopausa, spesso 1-2 km. Nella stratosfera, a un'altitudine di circa 25 km, la temperatura dell'aria comincia gradualmente a salire e a 50 km raggiunge i +10 +30 °C. Questo aumento della temperatura è dovuto al fatto che nella stratosfera è presente uno strato di ozono ad altitudini di 25-30 km. Sulla superficie della Terra, il suo contenuto nell'aria è trascurabile e ad alta quota le molecole di ossigeno biatomico assorbono la radiazione ultravioletta. radiazione solare, formando molecole di ozono triatomiche.

Se l'ozono si trovasse negli strati inferiori dell'atmosfera, ad un'altezza con pressione normale, lo spessore del suo strato sarebbe di soli 3 mm. Ma anche in quantità così piccola svolge un ruolo molto importante: assorbe parte della radiazione solare dannosa per gli organismi viventi.

Al di sopra della stratosfera, la mesosfera si estende fino ad un'altitudine di circa 80 km, dove la temperatura dell'aria scende con l'altezza fino a diverse decine di gradi sotto lo zero.

La parte superiore dell'atmosfera è caratterizzata da temperature molto elevate ed è chiamata termosfera - ca. È divisa in due parti - la ionosfera - fino ad un'altitudine di circa 1000 km, dove l'aria è altamente ionizzata, e l'esosfera - superiore a 1000 km. Nella ionosfera, le molecole dei gas atmosferici assorbono la radiazione ultravioletta del Sole, provocando la formazione di atomi carichi ed elettroni liberi. Le aurore si osservano nella ionosfera.

L'atmosfera gioca un ruolo molto importante nella vita del nostro pianeta. Protegge la Terra dal forte riscaldamento causato dai raggi del sole durante il giorno e dall'ipotermia durante la notte. La maggior parte dei meteoriti brucia negli strati atmosferici prima di raggiungere la superficie del pianeta. L'atmosfera contiene l'ossigeno, necessario a tutti gli organismi, uno scudo di ozono che protegge la vita sulla Terra dalla parte dannosa delle radiazioni ultraviolette del Sole.

ATMOSFERE DEI PIANETI DEL SISTEMA SOLARE

L'atmosfera di Mercurio è talmente rarefatta che si può dire praticamente inesistente. Il guscio d'aria di Venere è costituito da anidride carbonica (96%) e azoto (circa 4%), è molto denso: la pressione atmosferica sulla superficie del pianeta è quasi 100 volte maggiore che sulla Terra. Anche l'atmosfera marziana è costituita prevalentemente da anidride carbonica (95%) e azoto (2,7%), ma la sua densità è circa 300 volte inferiore a quella terrestre e la sua pressione è quasi 100 volte inferiore. La superficie visibile di Giove è in realtà lo strato superiore di un'atmosfera di idrogeno-elio. La composizione dei gusci d'aria di Saturno e Urano è la stessa. Il bellissimo colore blu di Urano è dovuto all'elevata concentrazione di metano nella parte superiore della sua atmosfera: circa Nettuno, avvolto da una foschia di idrocarburi, ha due strati principali di nubi: uno costituito da cristalli di metano ghiacciato e il secondo, situato sotto, contenente ammoniaca e idrogeno solforato.