Livslag av atmosfæren. Atmosfære, dens sammensetning og struktur

Atmosfæren er en blanding av forskjellige gasser. Den strekker seg fra jordens overflate til en høyde på opptil 900 km, og beskytter planeten mot det skadelige spekteret av solstråling, og inneholder gasser som er nødvendige for alt liv på planeten. Atmosfæren fanger opp solvarmen, varmer opp jordoverflaten og skaper et gunstig klima.

Atmosfærisk sammensetning

Jordens atmosfære består hovedsakelig av to gasser - nitrogen (78 %) og oksygen (21 %). I tillegg inneholder den urenheter av karbondioksid og andre gasser. i atmosfæren finnes det i form av damp, fuktighetsdråper i skyer og iskrystaller.

Lag av atmosfæren

Atmosfæren består av mange lag, mellom hvilke det ikke er klare grenser. Temperaturer forskjellige lag merkbart forskjellige fra hverandre.

Luftløs magnetosfære. Det er her de fleste av jordens satellitter flyr utenfor jordens atmosfære. Eksosfære (450-500 km fra overflaten). Nesten ingen gasser. Noen værsatellitter flyr i eksosfæren. Termosfæren (80-450 km) er preget av høye temperaturer, og når 1700°C i det øvre laget. Mesosfæren (50-80 km). I dette området synker temperaturen etter hvert som høyden øker. Det er her de fleste meteoritter (fragmenter av rombergarter) som kommer inn i atmosfæren brenner opp. Stratosfæren (15-50 km). Inneholder ozonlag, dvs. et ozonlag som absorberer ultrafiolett stråling fra solen. Dette fører til at temperaturen nær jordoverflaten stiger. Jetfly flyr vanligvis hit pga Sikten i dette laget er veldig god og det er nesten ingen forstyrrelser forårsaket av værforhold. Troposfæren. Høyden varierer fra 8 til 15 km fra jordoverflaten. Det er her planetens vær dannes, siden i Dette laget inneholder mest vanndamp, støv og vind. Temperaturen synker med avstanden fra jordoverflaten.

Atmosfæretrykk

Selv om vi ikke føler det, utøver lag av atmosfæren press på jordoverflaten. Den er høyest nær overflaten, og når du beveger deg bort fra den avtar den gradvis. Det avhenger av temperaturforskjellen mellom land og hav, og derfor er det i områder som ligger i samme høyde over havet ofte ulike trykk. Lavtrykk gir vått vær, mens høytrykk vanligvis gir klart vær.

Bevegelse av luftmasser i atmosfæren

Og trykket tvinger de nedre lagene av atmosfæren til å blande seg. Slik oppstår vindene, som blåser fra regionene høytrykk i det lave området. I mange regioner oppstår også lokale vinder på grunn av temperaturforskjeller mellom land og hav. Fjell har også betydelig innflytelse til vindens retning.

Drivhuseffekt

Karbondioksid og andre gasser som utgjør jordens atmosfære fanger varme fra solen. Denne prosessen kalles vanligvis drivhuseffekten, siden den på mange måter minner om sirkulasjonen av varme i drivhusene. Drivhuseffekten medfører global oppvarming på planeten. I områder med høytrykk - antisykloner - melder det seg klart og solrikt vær. I regionene lavtrykk- sykloner - været er vanligvis ustabilt. Varme og lys kommer inn i atmosfæren. Gasser fanger opp varme som reflekteres fra jordoverflaten, og forårsaker dermed en økning i temperaturen på jorden.

I stratosfæren er det en spesiell ozonlag. Ozon blokkerer det meste av solens ultrafiolette stråling, og beskytter jorden og alt liv på den fra den. Forskere har funnet ut at årsaken til ødeleggelsen av ozonlaget er spesielle klorfluorkarbondioksidgasser som finnes i enkelte aerosoler og kjøleutstyr. Over Arktis og Antarktis er det oppdaget enorme hull i ozonlaget som bidrar til en økning i mengden ultrafiolett stråling som påvirker jordoverflaten.

Ozon dannes i den nedre atmosfæren som et resultat mellom solstråling og ulike avgasser og gasser. Vanligvis er det spredt over hele atmosfæren, men hvis det dannes et lukket lag med kald luft under et lag med varm luft, konsentreres ozon og det oppstår smog. Dessverre kan dette ikke erstatte ozonet tapt i ozonhull.

Et hull i ozonlaget over Antarktis er tydelig synlig på dette satellittbildet. Størrelsen på hullet varierer, men forskerne mener at det stadig vokser. Det jobbes med å redusere nivået av avgasser i atmosfæren. Luftforurensning bør reduseres og røykfritt drivstoff bør brukes i byer. Smog forårsaker øyeirritasjon og kvelning for mange mennesker.

Fremveksten og utviklingen av jordens atmosfære

Den moderne atmosfæren på jorden er resultatet av en lang evolusjonær utvikling. Det oppsto som et resultat av de kombinerte handlingene til geologiske faktorer og den vitale aktiviteten til organismer. Gjennom geologisk historie har jordens atmosfære gjennomgått flere dyptgripende endringer. Basert på geologiske data og teoretiske premisser kan den uratmosfære til den unge jorden, som eksisterte for rundt 4 milliarder år siden, bestå av en blanding av inerte og edle gasser med en liten tilsetning av passivt nitrogen (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993). karbondioksid. Som et resultat av avgassing av mantelen og aktive forvitringsprosesser på jordoverflaten, vanndamp, karbonforbindelser i form av CO 2 og CO, svovel og dets forbindelser, samt sterke halogensyrer - HCI, HF, HI og borsyre, begynte å komme inn i atmosfæren, som ble supplert metan, ammoniakk, hydrogen, argon og noen andre edle gasser i atmosfæren. Denne opprinnelige atmosfæren var ekstremt subtil. Derfor var temperaturen på jordoverflaten nær temperaturen for strålingslikevekt (A. S. Monin, 1977).

Over tid begynte gasssammensetningen til den primære atmosfæren å forvandle seg under påvirkning av forvitringsprosesser av bergarter som stikker ut på jordens overflate, aktiviteten til cyanobakterier og blågrønne alger, vulkanske prosesser og virkningen av sollys. Dette førte til spaltning av metan til karbondioksid, ammoniakk til nitrogen og hydrogen; Karbondioksid, som sakte sank til jordens overflate, og nitrogen begynte å samle seg i den sekundære atmosfæren. Takket være den vitale aktiviteten til blågrønne alger, begynte oksygen å produseres i prosessen med fotosyntese, som imidlertid i begynnelsen hovedsakelig ble brukt på "oksidasjon av atmosfæriske gasser, og deretter bergarter. Samtidig begynte ammoniakk, oksidert til molekylært nitrogen, å samle seg intensivt i atmosfæren. Det antas at en betydelig mengde nitrogen i den moderne atmosfæren er relikt. Metan og karbonmonoksid ble oksidert til karbondioksid. Svovel og hydrogensulfid ble oksidert til SO 2 og SO 3, som på grunn av sin høye mobilitet og letthet raskt ble fjernet fra atmosfæren. Dermed ble atmosfæren fra en reduserende atmosfære, slik den var i det arkeiske og tidlige proterozoikum, gradvis til en oksiderende.

Karbondioksid kom inn i atmosfæren både som følge av metanoksidasjon og som følge av avgassing av mantelen og forvitring av bergarter. I tilfelle all karbondioksid som ble frigjort gjennom hele jordens historie ble bevart i atmosfæren, kan dets partialtrykk for tiden bli det samme som på Venus (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Men på jorden var den omvendte prosessen i gang. En betydelig del av karbondioksid fra atmosfæren ble løst opp i hydrosfæren, hvor det ble brukt av hydrobionter til å bygge skallene og biogent omdannet til karbonater. Deretter ble det dannet tykke lag av kjemogene og organogene karbonater fra dem.

Oksygen kom inn i atmosfæren fra tre kilder. I lang tid, fra det øyeblikket jorden dukket opp, ble den frigjort under avgassingen av mantelen og ble hovedsakelig brukt på oksidative prosesser En annen kilde til oksygen var fotodissosiasjonen av vanndamp ved hard ultrafiolett solstråling. Opptredener; fritt oksygen i atmosfæren førte til døden til de fleste prokaryoter som levde under reduserende forhold. Prokaryote organismer endret sine habitater. De forlot jordoverflaten til dens dyp og områder der utvinningsforholdene fortsatt gjensto. De ble erstattet av eukaryoter, som begynte å energisk omdanne karbondioksid til oksygen.

Under det arkeiske og en betydelig del av proterozoikum ble nesten alt oksygen som oppsto på både abiogene og biogene måter hovedsakelig brukt på oksidasjon av jern og svovel. Ved slutten av Proterozoikum oksiderte alt metallisk toverdig jern på jordoverflaten enten oksidert eller flyttet inn i jordens kjerne. Dette førte til at partialtrykket av oksygen i den tidlige proterozoiske atmosfæren endret seg.

Midt i Proterozoikum nådde oksygenkonsentrasjonen i atmosfæren jurypunktet og utgjorde 0,01 % av moderne nivåer. Fra denne tiden begynte oksygen å samle seg i atmosfæren, og sannsynligvis nådde innholdet allerede på slutten av Riphean Pasteur-punktet (0,1% av det moderne nivået). Det er mulig at ozonlaget dukket opp i den vendiske perioden og at det aldri forsvant igjen.

Fremkomsten av fritt oksygen i jordens atmosfære stimulerte utviklingen av liv og førte til fremveksten av nye former med mer avansert metabolisme. Hvis tidligere eukaryote encellede alger og cyanea, som dukket opp i begynnelsen av Proterozoicum, krevde et oksygeninnhold i vann på bare 10 -3 av dens moderne konsentrasjon, så med fremveksten av ikke-skjelettmetazoa på slutten av den tidlige vendianske, dvs. for rundt 650 millioner år siden skulle oksygenkonsentrasjonen i atmosfæren være betydelig høyere. Metazoa brukte tross alt oksygenrespirasjon og dette krevde at partialtrykket av oksygen nådde et kritisk nivå - Pasteur-punktet. I dette tilfellet ble den anaerobe gjæringsprosessen erstattet av en energisk mer lovende og progressiv oksygenmetabolisme.

Etter dette skjedde det ganske raskt ytterligere akkumulering av oksygen i jordens atmosfære. Den progressive økningen i volumet av blågrønne alger bidro til oppnåelsen i atmosfæren av oksygennivået som er nødvendig for livsstøtten til dyreverdenen. En viss stabilisering av oksygeninnholdet i atmosfæren skjedde fra det øyeblikket plantene nådde land - for omtrent 450 millioner år siden. Fremveksten av planter på land, som skjedde i silurperioden, førte til den endelige stabiliseringen av oksygennivået i atmosfæren. Fra den tiden begynte konsentrasjonen å svinge innenfor ganske trange grenser, og overskred aldri grensene for livets eksistens. Oksygenkonsentrasjonen i atmosfæren har stabilisert seg fullstendig siden blomstrende planter dukket opp. Denne hendelsen skjedde i midten av kritttiden, dvs. for rundt 100 millioner år siden.

Hovedtyngden av nitrogen ble dannet i de tidlige stadiene av jordens utvikling, hovedsakelig på grunn av nedbryting av ammoniakk. Med utseendet til organismer begynte prosessen med å binde atmosfærisk nitrogen til organisk materiale og begrave det i marine sedimenter. Etter at organismer nådde land, begynte nitrogen å bli begravd i kontinentale sedimenter. Prosessene med å behandle fritt nitrogen ble spesielt intensivert med ankomsten av landplanter.

Ved overgangen mellom kryptozoikum og fanerozoikum, det vil si for rundt 650 millioner år siden, sank innholdet av karbondioksid i atmosfæren til tideler av en prosent, og innholdet var nær ca. moderne nivå, nådde den bare helt nylig, for rundt 10-20 millioner år siden.

Dermed ga gasssammensetningen i atmosfæren ikke bare leverom for organismer, men bestemte også egenskapene til deres livsaktivitet og bidro til bosetting og evolusjon. Nye forstyrrelser i fordelingen av gasssammensetningen i atmosfæren som var gunstig for organismer, både på grunn av kosmiske og planetariske årsaker, førte til masseutryddelser av den organiske verden, som gjentatte ganger skjedde under kryptozoikum og ved visse grenser av fanerozoikumhistorien.

Etnosfæriske funksjoner av atmosfæren

Jordas atmosfære gir nødvendig stoff, energi og bestemmer retningen og hastigheten til metabolske prosesser. Gasssammensetningen i den moderne atmosfæren er optimal for livets eksistens og utvikling. Som området der vær og klima dannes, må atmosfæren skape komfortable forhold for livet til mennesker, dyr og vegetasjon. Avvik i en eller annen retning i kvaliteten på atmosfærisk luft og værforhold skaper ekstreme forhold for livet til dyre- og planteverdenen, inkludert mennesker.

Jordens atmosfære gir ikke bare betingelsene for menneskehetens eksistens, men er hovedfaktoren i utviklingen av etnosfæren. Samtidig viser det seg å være en energi- og råvareressurs for produksjon. Generelt er atmosfæren en faktor som bevarer menneskers helse, og noen områder, på grunn av fysisk-geografiske forhold og atmosfærisk luftkvalitet, fungerer som rekreasjonsområder og er områder beregnet på sanatorium-resortbehandling og rekreasjon av mennesker. Dermed er atmosfæren en faktor for estetisk og følelsesmessig påvirkning.

Atmosfærens etnosfære- og teknosfærefunksjoner, definert ganske nylig (E.D. Nikitin, N.A. Yasamanov, 2001), krever uavhengige og dyptgående studier. Dermed er studiet av atmosfæriske energifunksjoner svært relevant, både med tanke på forekomst og drift av prosesser som skader miljøet, og med tanke på innvirkningen på menneskers helse og velvære. I dette tilfellet vi snakker om om energien til sykloner og antisykloner, atmosfæriske virvler, atmosfærisk trykk og andre ekstreme atmosfæriske fenomener, hvis effektive bruk vil bidra til en vellykket løsning av problemet med å skaffe ikke-forurensende alternative energikilder. Tross alt er luftmiljøet, spesielt den delen av det som ligger over verdenshavet, et område hvor en kolossal mengde fri energi frigjøres.

For eksempel er det fastslått at tropiske sykloner med gjennomsnittlig styrke frigjør energi tilsvarende energien til 500 tusen atombomber som ble sluppet over Hiroshima og Nagasaki på bare én dag. I løpet av 10 dager etter eksistensen av en slik syklon, frigjøres nok energi til å dekke alle energibehovene til et land som USA i 600 år.

De siste årene er det publisert et stort antall arbeider av naturvitere, i en eller annen grad knyttet til ulike aspekter ved aktivitet og atmosfærens påvirkning på jordprosesser, som indikerer intensivering av tverrfaglige interaksjoner i moderne naturvitenskap. Samtidig manifesteres den integrerende rollen til visse av dens retninger, blant annet bør vi merke oss den funksjonell-økologiske retningen i geoøkologi.

Denne retningen stimulerer til analyse og teoretisk generalisering av ulike geosfærers økologiske funksjoner og planetariske rolle, og dette er igjen en viktig forutsetning for utvikling av metodikk og vitenskapelige grunnlag holistisk studie av planeten vår, rasjonell bruk og beskyttelse av dens naturressurser.

Jordens atmosfære består av flere lag: troposfæren, stratosfæren, mesosfæren, termosfæren, ionosfæren og eksosfæren. På toppen av troposfæren og bunnen av stratosfæren er det et lag beriket med ozon, kalt ozonskjoldet. Det er etablert visse (daglige, sesongmessige, årlige, etc.) mønstre i fordelingen av ozon. Siden opprinnelsen har atmosfæren påvirket forløpet av planetariske prosesser. Atmosfærens primære sammensetning var helt annerledes enn på det nåværende tidspunkt, men over tid økte andelen og rollen til molekylært nitrogen jevnt og trutt, for ca. 650 millioner år siden dukket det opp fritt oksygen, mengden som kontinuerlig økte, men konsentrasjonen av karbondioksid redusert tilsvarende. Atmosfærens høye mobilitet, gasssammensetningen og tilstedeværelsen av aerosoler bestemmer dens enestående rolle og Aktiv deltakelse i en rekke geologiske og biosfæreprosesser. Atmosfæren spiller en stor rolle i omfordelingen av solenergi og utviklingen av katastrofale naturfenomener og katastrofer. Negativ påvirkning Den organiske verden og naturlige systemer påvirkes av atmosfæriske virvler - tornadoer (tornadoer), orkaner, tyfoner, sykloner og andre fenomener. De viktigste kildene til forurensning, sammen med naturlige faktorer, er ulike former for menneskelig økonomisk aktivitet. Menneskeskapte påvirkninger på atmosfæren uttrykkes ikke bare i utseendet til ulike aerosoler og klimagasser, men også i en økning i mengden vanndamp, og manifesterer seg i form av smog og sur nedbør. Drivhusgasser endrer temperaturregimet på jordens overflate; utslipp av enkelte gasser reduserer volumet av ozonlaget og bidrar til dannelsen av ozonhull. Den etnosfæriske rollen til jordens atmosfære er stor.

Atmosfærens rolle i naturlige prosesser

Overflateatmosfæren, i sin mellomtilstand mellom litosfæren og det ytre rom og dens gasssammensetning, skaper betingelser for organismers liv. Samtidig avhenger forvitringen og intensiteten av ødeleggelse av bergarter, overføring og akkumulering av klastisk materiale av nedbørsmengden, naturen og hyppigheten av nedbøren, vindfrekvensen og styrken og spesielt lufttemperaturen. Atmosfæren er en sentral komponent klimasystem. Lufttemperatur og fuktighet, overskyet og nedbør, vind - alt dette kjennetegner været, det vil si atmosfærens konstant skiftende tilstand. Samtidig karakteriserer de samme komponentene klimaet, det vil si det gjennomsnittlige langsiktige værregimet.

Sammensetningen av gasser, tilstedeværelsen av skyer og forskjellige urenheter, som kalles aerosolpartikler (aske, støv, partikler av vanndamp), bestemmer egenskapene til passasjen av solstråling gjennom atmosfæren og forhindrer unnslipping av jordens termiske stråling ut i verdensrommet.

Jordens atmosfære er veldig mobil. Prosessene som oppstår i den og endringer i gasssammensetning, tykkelse, uklarhet, gjennomsiktighet og tilstedeværelsen av visse aerosolpartikler i den påvirker både været og klimaet.

Virkningen og retningen til naturlige prosesser, samt liv og aktivitet på jorden, bestemmes av solstråling. Det gir 99,98 % av varmen som tilføres jordoverflaten. Hvert år utgjør dette 134*1019 kcal. Denne mengden varme kan oppnås ved å brenne 200 milliarder tonn. kull. Reservene av hydrogen som skaper denne strømmen av termonukleær energi i massen til solen vil vare i minst 10 milliarder år til, dvs. i en periode dobbelt så lenge som eksistensen til planeten vår og seg selv.

Omtrent 1/3 totalt antall Solenergi som kommer til atmosfærens øvre grense reflekteres tilbake til verdensrommet, 13 % absorberes av ozonlaget (inkludert nesten all ultrafiolett stråling). 7% - resten av atmosfæren og bare 44% når jordens overflate. Den totale solstrålingen som når jorden per dag er lik energien menneskeheten mottok som et resultat av å brenne alle typer drivstoff i løpet av det siste årtusenet.

Mengden og arten av fordelingen av solstråling på jordoverflaten er nært avhengig av uklarhet og gjennomsiktighet i atmosfæren. Mengden spredt stråling påvirkes av solens høyde over horisonten, atmosfærens gjennomsiktighet, innholdet av vanndamp, støv, den totale mengden karbondioksid, etc.

Den maksimale mengden spredt stråling når de polare områdene. Jo lavere solen er over horisonten, jo mindre varme kommer inn i et gitt område av terrenget.

Atmosfærisk åpenhet og uklarhet er av stor betydning. På en overskyet dag sommerdag vanligvis kaldere enn på en klar dag, siden overskyet dagtid hindrer oppvarming av jordoverflaten.

Støvet i atmosfæren spiller en stor rolle i fordelingen av varme. De fint spredte faste partiklene av støv og aske som finnes i den, som påvirker gjennomsiktigheten, påvirker fordelingen av solstråling negativt, hvorav det meste reflekteres. Fine partikler kommer inn i atmosfæren på to måter: enten aske som slippes ut under vulkanutbrudd, eller ørkenstøv båret av vind fra tørre tropiske og subtropiske områder. Spesielt mye slikt støv dannes under tørke, når strømmer av varm luft fører det inn i de øvre lagene av atmosfæren og kan forbli der i lang tid. Etter utbruddet av Krakatoa-vulkanen i 1883, forble støv som ble kastet titalls kilometer inn i atmosfæren i stratosfæren i omtrent 3 år. Som et resultat av 1985-utbruddet av El Chichon-vulkanen (Mexico), nådde støv Europa, og derfor var det en liten nedgang i overflatetemperaturen.

Jordens atmosfære inneholder varierende mengder vanndamp. I absolutte termer etter vekt eller volum varierer mengden fra 2 til 5%.

Vanndamp, som karbondioksid, forsterker drivhuseffekten. I skyene og tåkene som oppstår i atmosfæren skjer særegne fysiske og kjemiske prosesser.

Den primære kilden til vanndamp til atmosfæren er overflaten av verdenshavet. Et lag med vann med en tykkelse på 95 til 110 cm fordamper fra det årlig En del av fuktigheten går tilbake til havet etter kondensering, og det andre ledes av luftstrømmer mot kontinentene. I regionene variabelt fuktig klima nedbør fukter jorda, og skaper reserver i våte områder grunnvann. Dermed er atmosfæren en akkumulator av fuktighet og et reservoar av nedbør. og tåke som dannes i atmosfæren gir fuktighet til jorddekket og spiller dermed en avgjørende rolle for utviklingen av flora og fauna.

Atmosfærisk fuktighet fordeles over jordoverflaten på grunn av atmosfærens mobilitet. Hun har en veldig et komplekst system vind og trykkfordeling. På grunn av det faktum at atmosfæren er i kontinuerlig bevegelse, er arten og omfanget av fordelingen av vindstrømmer og trykk i konstant endring. Omfanget av sirkulasjonen varierer fra mikrometeorologisk, med en størrelse på bare noen få hundre meter, til en global skala på flere titusenvis av kilometer. Enorme atmosfæriske virvler deltar i etableringen av systemer med store luftstrømmer og bestemmer atmosfærens generelle sirkulasjon. I tillegg er de kilder til katastrofale atmosfæriske fenomener.

Fordelingen av vær og klimatiske forhold og funksjonen til levende stoffer avhenger av atmosfærisk trykk. Hvis atmosfærisk trykk svinger innenfor små grenser, spiller det ikke en avgjørende rolle for menneskers velvære og dyrs oppførsel og påvirker ikke plantens fysiologiske funksjoner. Endringer i trykk er vanligvis forbundet med frontale fenomener og værforandringer.

Atmosfærisk trykk er av grunnleggende betydning for dannelsen av vind, som, som en avlastningsdannende faktor, har sterk innvirkning på dyre- og planteverdenen.

Vind kan undertrykke plantevekst og samtidig fremme frøoverføring. Vindens rolle i å forme vær- og klimaforhold er stor. Den fungerer også som en regulator av havstrømmer. Vind, som en av de eksogene faktorene, bidrar til erosjon og deflasjon av forvitret materiale over lange avstander.

Økologisk og geologisk rolle av atmosfæriske prosesser

En reduksjon i gjennomsiktigheten av atmosfæren på grunn av utseendet til aerosolpartikler og fast støv i den påvirker fordelingen av solstråling, øker albedoen eller reflektiviteten. Ulike kjemiske reaksjoner som forårsaker nedbrytning av ozon og dannelse av "perle"-skyer bestående av vanndamp fører til samme resultat. Globale endringer i refleksjonsevne, samt endringer i atmosfæriske gasser, hovedsakelig klimagasser, er ansvarlige for klimaendringene.

Ujevn oppvarming, som forårsaker forskjeller i atmosfærisk trykk over ulike deler av jordoverflaten, fører til atmosfærisk sirkulasjon, som er troposfærens kjennetegn. Når det oppstår en trykkforskjell, strømmer luft ut av områdene høyt blodtrykk til regionen lavtrykk. Disse bevegelsene av luftmasser, sammen med fuktighet og temperatur, bestemmer de viktigste økologiske og geologiske egenskapene til atmosfæriske prosesser.

Avhengig av hastigheten utfører vinden ulike geologiske arbeider på jordoverflaten. Med en hastighet på 10 m/s rister den tykke tregrener, løfter og transporterer støv og fin sand; bryter tregrener med en hastighet på 20 m/s, bærer sand og grus; med en hastighet på 30 m/s (storm) river av hustak, river opp trær, knekker stolper, flytter småstein og frakter småstein, og en orkanvind med en hastighet på 40 m/s ødelegger hus, bryter og river ned strøm linestolper, rykker opp store trær.

Stor negativ miljøpåvirkning fra katastrofale konsekvenser er forårsaket av byger og tornadoer (tornadoer) - atmosfæriske virvler som oppstår i den varme årstiden på kraftige atmosfæriske fronter, med hastigheter på opptil 100 m/s. Squalls er horisontale virvelvinder med orkanvindhastigheter (opptil 60-80 m/s). De er ofte ledsaget av kraftige regnskyll og tordenvær som varer fra flere minutter til en halv time. Squalls dekker områder opptil 50 km brede og strekker seg over 200-250 km. En storm i Moskva og Moskva-regionen i 1998 skadet takene på mange hus og veltet trær.

Tornadoer, kalt tornadoer i Nord-Amerika, er kraftige traktformede atmosfæriske virvler, ofte forbundet med tordenskyer. Dette er luftsøyler som smalner av i midten med en diameter på flere titalls til hundrevis av meter. En tornado ser ut som en trakt, veldig lik snabelen til en elefant, som stiger ned fra skyene eller stiger opp fra jordoverflaten. Har sterk sparsomhet og høy hastighet rotasjon, reiser tornadoen opptil flere hundre kilometer og trekker inn støv, vann fra reservoarer og ulike gjenstander. Kraftige tornadoer er ledsaget av tordenvær, regn og har stor ødeleggende kraft.

Tornadoer forekommer sjelden i subpolare eller ekvatoriale områder, hvor det konstant er kaldt eller varmt. Det er få tornadoer i det åpne hav. Tornadoer forekommer i Europa, Japan, Australia, USA, og i Russland er de spesielt hyppige i Central Black Earth-regionen, i Moskva, Yaroslavl, Nizhny Novgorod og Ivanovo-regionene.

Tornadoer løfter og flytter biler, hus, vogner og broer. Spesielt ødeleggende tornadoer er observert i USA. Hvert år er det fra 450 til 1500 tornadoer med et gjennomsnittlig dødstall på rundt 100 mennesker. Tornadoer er hurtigvirkende katastrofale atmosfæriske prosesser. De dannes på bare 20-30 minutter, og levetiden er 30 minutter. Derfor er det nesten umulig å forutsi tid og sted for tornadoer.

Andre destruktive men langvarige atmosfæriske virvler er sykloner. De dannes på grunn av en trykkforskjell, som under visse forhold bidrar til fremveksten av en sirkulær bevegelse av luftstrømmer. Atmosfæriske virvler stammer fra kraftige stigende strømmer av fuktig varm luft og med høy hastighet roter med klokken inn sørlige halvkule og mot klokken - i nord. Sykloner, i motsetning til tornadoer, har sin opprinnelse over hav og produserer sine ødeleggende effekter over kontinenter. De viktigste ødeleggende faktorene er sterk vind, intens nedbør i form av snøfall, regnskyll, hagl og flommer. Vind med hastigheter på 19 - 30 m/s danner en storm, 30 - 35 m/s - en storm, og mer enn 35 m/s - en orkan.

Tropiske sykloner – orkaner og tyfoner – har en gjennomsnittlig bredde på flere hundre kilometer. Vindhastigheten inne i syklonen når orkanstyrke. Tropiske sykloner varer fra flere dager til flere uker, og beveger seg med hastigheter fra 50 til 200 km/t. Sykloner på middels breddegrad har en større diameter. Deres tverrmål varierer fra tusen til flere tusen kilometer, og vindhastigheten er stormfull. De beveger seg på den nordlige halvkule fra vest og er ledsaget av hagl og snøfall, som er katastrofale i naturen. Når det gjelder antall ofre og forårsaket skade, er sykloner og tilhørende orkaner og tyfoner de største atmosfæriske naturfenomenene etter flom. I tettbefolkede områder i Asia er dødstallene fra orkaner på tusenvis. I 1991 i Bangladesh, under en orkan som forårsaket dannelsen havets bølger 6 m høy døde 125 tusen mennesker. Tyfoner forårsaker stor skade på USA. Samtidig dør titalls og hundrevis av mennesker. I Vest-Europa forårsaker orkaner mindre skade.

Tordenvær regnes som et katastrofalt atmosfærisk fenomen. De oppstår når varm, fuktig luft stiger veldig raskt. På grensen til tropisk og subtropiske soner tordenvær forekommer 90-100 dager i året, i den tempererte sonen 10-30 dager. I vårt land forekommer det største antallet tordenvær i Nord-Kaukasus.

Tordenvær varer vanligvis mindre enn en time. Spesielt farlig er intense regnskyll, hagl, lynnedslag, vindkast og vertikale luftstrømmer. Haglfaren bestemmes av størrelsen på haglsteinene. I Nord-Kaukasus nådde massen av hagl en gang 0,5 kg, og i India ble det registrert hagl som veide 7 kg. De mest byfarlige områdene i landet vårt ligger i Nord-Kaukasus. I juli 1992 skadet hagl 18 fly på Mineralnye Vody-flyplassen.

Farlige atmosfæriske fenomener inkluderer lyn. De dreper mennesker, husdyr, forårsaker branner og skader strømnettet. Rundt 10 000 mennesker dør av tordenvær og deres konsekvenser hvert år rundt om i verden. Dessuten, i noen områder av Afrika, Frankrike og USA, er antallet ofre for lynnedslag større enn fra andre naturfenomener. Den årlige økonomiske skaden fra tordenvær i USA er på minst 700 millioner dollar.

Tørke er typisk for ørken-, steppe- og skog-steppe-regioner. Mangel på nedbør fører til uttørking av jorda, en reduksjon i nivået av grunnvann og i reservoarer til de tørker helt ut. Fuktighetsmangel fører til død av vegetasjon og avlinger. Tørke er spesielt alvorlig i Afrika, Nær- og Midtøsten, Sentral-Asia og det sørlige Nord-Amerika.

Tørke endrer menneskets levekår og påvirker naturmiljøet negativt gjennom prosesser som jordsalting, tørre vinder, støvstormer, jorderosjon og skogbranner. Branner er spesielt alvorlige under tørke i taiga-områder, tropiske og sub- tropiske skoger og savanner.

Tørke er kortsiktige prosesser som varer i én sesong. Når tørke varer mer enn to sesonger, er det en trussel om hungersnød og massedødelighet. Vanligvis påvirker tørke territoriet til ett eller flere land. Langvarig tørke med tragiske konsekvenser forekommer spesielt ofte i Sahel-regionen i Afrika.

Atmosfæriske fenomener som snøfall, kortvarig kraftig regn og langvarig regn gir store skader. Snøfall forårsaker massive snøskred i fjellet, og rask smelting av nedfallen snø og langvarig nedbør fører til flom. Den enorme vannmassen som faller på jordens overflate, spesielt i treløse områder, forårsaker alvorlig jorderosjon. Det er en intensiv vekst av kløftbjelkesystemer. Flom oppstår som følge av store flommer i perioder med mye nedbør eller høyt vann etter plutselig oppvarming eller vårsmelting av snø og tilhører derfor atmosfæriske fenomener (de er omtalt i kapittelet om økologisk rolle hydrosfære).

Menneskeskapte atmosfæriske endringer

For tiden er det mange forskjellige menneskeskapte kilder som forårsaker luftforurensning og fører til alvorlige forstyrrelser i den økologiske balansen. Skalamessig er det to kilder som har størst innvirkning på atmosfæren: transport og industri. I gjennomsnitt utgjør transport omtrent 60% av den totale mengden atmosfærisk forurensning, industri - 15, termisk energi - 15, teknologier for destruksjon av husholdnings- og industriavfall - 10%.

Transport, avhengig av drivstoffet som brukes og typene oksidasjonsmidler, slipper ut nitrogenoksider, svovel, karbonoksider og dioksider til atmosfæren, bly og dets forbindelser, sot, benzopyren (et stoff fra gruppen polysykliske aromatiske hydrokarboner, som er et sterkt kreftfremkallende stoff som forårsaker hudkreft).

Industrien slipper ut svoveldioksid, karbonoksider og -dioksider, hydrokarboner, ammoniakk, hydrogensulfid, svovelsyre, fenol, klor, fluor og andre kjemiske forbindelser til atmosfæren. Men den dominerende posisjonen blant utslippene (opptil 85%) er okkupert av støv.

Som et resultat av forurensning endres gjennomsiktigheten av atmosfæren, noe som forårsaker aerosoler, smog og sur nedbør.

Aerosoler er dispergerte systemer som består av faste partikler eller væskedråper suspendert i et gassformig miljø. Partikkelstørrelsen til den dispergerte fasen er vanligvis 10 -3 -10 -7 cm Avhengig av sammensetningen av den dispergerte fasen, deles aerosolene inn i to grupper. Den ene inkluderer aerosoler som består av faste partikler dispergert i et gassformig medium, den andre inkluderer aerosoler som er en blanding av gass- og væskefaser. Førstnevnte kalles røyk, og sistnevnte - tåker. I prosessen med dannelsen spiller kondensasjonssentre en viktig rolle. Kondensasjonskjernene er vulkansk aske, kosmisk støv, industrielle utslippsprodukter, ulike bakterier osv. Antallet mulige kilder til konsentrasjonskjerner vokser stadig. Så, for eksempel, når tørt gress ødelegges av brann på et område på 4000 m 2, dannes et gjennomsnitt på 11 * 10 22 aerosolkjerner.

Aerosoler begynte å danne seg fra det øyeblikket vår planet dukket opp og påvirket naturlige forhold. Men deres mengde og handlinger, balansert med den generelle syklusen av stoffer i naturen, forårsaket ikke dyptgripende miljøendringer. Antropogene faktorer for deres dannelse har forskjøvet denne balansen mot betydelige biosfæreoverbelastninger. Denne funksjonen har vært spesielt tydelig siden menneskeheten begynte å bruke spesiallagde aerosoler både i form av giftige stoffer og for plantevern.

De farligste for vegetasjonen er aerosoler av svoveldioksid, hydrogenfluorid og nitrogen. Når de kommer i kontakt med en fuktig bladoverflate, danner de syrer som har en skadelig effekt på levende ting. Syretåke kommer inn i luftveiene til dyr og mennesker sammen med innåndingsluften og har en aggressiv effekt på slimhinnene. Noen av dem bryter ned levende vev, og radioaktive aerosoler forårsaker kreft. Blant radioaktive isotoper er Sg 90 spesielt farlig, ikke bare for sin kreftfremkallende egenskap, men også som en analog av kalsium, og erstatter det i organismenes bein og forårsaker deres nedbrytning.

I løpet av atomeksplosjoner Radioaktive aerosolskyer dannes i atmosfæren. Små partikler med en radius på 1 - 10 mikron faller ikke bare inn i de øvre lagene av troposfæren, men også inn i stratosfæren, der de er i stand til å bli lang tid. Aerosolskyer dannes også under drift av reaktorer i industrielle installasjoner som produserer atombrensel, samt som følge av ulykker ved atomkraftverk.

Smog er en blanding av aerosoler med flytende og faste dispergerte faser, som danner en tåkegardin over industriområder og store byer.

Det finnes tre typer smog: isete, våt og tørr. Issmog kalles Alaskasmog. Dette er en kombinasjon av gassformige forurensninger med tilsetning av støvpartikler og iskrystaller som oppstår når dråper av tåke og damp fra varmesystemer fryser.

Våt smog, eller London-type smog, kalles noen ganger vintersmog. Det er en blanding av gassformige forurensninger (hovedsakelig svoveldioksid), støvpartikler og tåkedråper. Den meteorologiske forutsetningen for utseendet av vintersmog er vindstille vær, der et lag med varm luft er plassert over grunnlaget med kald luft (under 700 m). I dette tilfellet er det ikke bare horisontal, men også vertikal utveksling. Forurensninger, vanligvis spredt i høye lag, samler seg i dette tilfellet i overflatelaget.

Tørrsmog oppstår om sommeren og kalles ofte Los Angeles-smog. Det er en blanding av ozon, karbonmonoksid, nitrogenoksider og syredamper. Slik smog dannes som et resultat av nedbryting av forurensninger ved solstråling, spesielt dens ultrafiolette del. Den meteorologiske forutsetningen er atmosfærisk inversjon, uttrykt i utseendet til et lag med kald luft over varm luft. Vanligvis blir gasser og faste partikler løftet av varme luftstrømmer deretter spredt i de øvre kalde lagene, men i dette tilfellet samler de seg i inversjonslaget. I prosessen med fotolyse brytes nitrogendioksider som dannes under forbrenning av drivstoff i bilmotorer ned:

NO 2 → NO + O

Deretter skjer ozonsyntese:

O + O 2 + M → O 3 + M

NEI + O → NEI 2

Fotodissosiasjonsprosesser er ledsaget av en gulgrønn glød.

I tillegg oppstår reaksjoner av typen: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, dvs. en sterk svovelsyre.

Med en endring i meteorologiske forhold (utseendet til vind eller en endring i fuktighet), forsvinner den kalde luften og smogen forsvinner.

Tilstedeværelsen av kreftfremkallende stoffer i smog fører til pusteproblemer, irritasjon av slimhinner, sirkulasjonsforstyrrelser, astmatisk kvelning og ofte død. Smog er spesielt farlig for små barn.

Sur nedbør er atmosfærisk nedbør forsuret av industrielle utslipp av svoveloksider, nitrogen og damper av perklorsyre og klor oppløst i dem. I prosessen med forbrenning av kull og gass, omdannes det meste av svovelet som finnes i det, både i form av oksid og i forbindelser med jern, spesielt i pyritt, pyrrhotite, kolakis, etc., til svoveloksid, som sammen med karbondioksid, slippes ut i atmosfæren. Når atmosfærisk nitrogen og tekniske utslipp kombineres med oksygen, dannes ulike nitrogenoksider, og volumet av nitrogenoksider som dannes avhenger av forbrenningstemperaturen. Hovedtyngden av nitrogenoksider forekommer under drift av kjøretøy og diesellokomotiv, og en mindre del forekommer i energisektoren og industribedrifter. Svovel og nitrogenoksider er de viktigste syredannerne. Når den reagerer med atmosfærisk oksygen og vanndamp inneholdt i den, dannes svovelsyre og salpetersyre.

Det er kjent at alkali-syrebalansen i miljøet bestemmes av pH-verdien. Et nøytralt miljø har en pH-verdi på 7, et surt miljø har en pH-verdi på 0, og et alkalisk miljø har en pH-verdi på 14. I moderne tid er pH-verdien til regnvann 5,6, selv om den i nyere tid var nøytral. En nedgang i pH-verdien med én tilsvarer en tidobling av surhetsgraden, og derfor regner det for tiden nesten overalt. økt surhet. Maksimal surhet av regn registrert i Vest-Europa var 4-3,5 pH. Det bør tas i betraktning at en pH-verdi på 4-4,5 er dødelig for de fleste fisker.

Sur nedbør har en aggressiv effekt på jordens vegetasjon, industri- og boligbygg og bidrar til en betydelig akselerasjon av forvitringen av utsatte bergarter. Økt surhet forhindrer selvregulering av nøytralisering av jordsmonn der næringsstoffer oppløses. Dette fører igjen til en kraftig nedgang i avling og forårsaker nedbrytning av vegetasjonsdekket. Jordsurhet fremmer frigjøring av bundet tung jord, som gradvis absorberes av planter, forårsaker alvorlig vevsskade og trenger inn i den menneskelige næringskjeden.

En endring i det alkaliske syrepotensialet i sjøvann, spesielt i grunt vann, fører til at mange virvelløse dyr stopper reproduksjonen, fører til at fisk dør og forstyrrer den økologiske balansen i havene.

Som følge av sur nedbør risikerer skoger å bli ødelagt Vest-Europa, Baltiske stater, Karelia, Ural, Sibir og Canada.

Atmosfæren er en av de viktigste komponentene på planeten vår. Det er hun som "skjermer" mennesker fra de tøffe forholdene i verdensrommet, som solstråling og romrester. Mange fakta om atmosfæren er imidlertid ukjente for de fleste.

1. Sann farge på himmelen

Selv om det er vanskelig å tro, er himmelen faktisk lilla. Når lys kommer inn i atmosfæren, absorberer luft- og vannpartikler lyset og sprer det. Samtidig sprer den fiolette fargen mest, og det er derfor folk ser en blå himmel.

2. Et eksklusivt element i jordens atmosfære

Som mange husker fra skolen, består jordens atmosfære av omtrent 78 % nitrogen, 21 % oksygen og små mengder argon, karbondioksid og andre gasser. Men få mennesker vet at atmosfæren vår er den eneste på dette øyeblikket oppdaget av forskere (foruten kometen 67P) som har fritt oksygen. Fordi oksygen er en svært reaktiv gass, reagerer den ofte med andre kjemikalier i verdensrommet. Dens rene form på jorden gjør planeten beboelig.

3. Hvit stripe på himmelen

Noen har sikkert noen ganger lurt på hvorfor en hvit stripe forblir på himmelen bak et jetfly. Disse hvite løypene, kjent som contrails, dannes når varme, fuktige eksosgasser fra et flys motor blandes med kjøligere uteluft. Vanndamp fra eksosen fryser og blir synlig.

4. Hovedlag i atmosfæren

Jordens atmosfære består av fem hovedlag, som gjør livet på planeten mulig. Den første av disse, troposfæren, strekker seg fra havnivå til en høyde på omtrent 17 km ved ekvator. De fleste værhendelser forekommer her.

5. Ozonlag

Det neste laget av atmosfæren, stratosfæren, når en høyde på omtrent 50 km ved ekvator. Den inneholder ozonlaget, som beskytter mennesker mot farlige ultrafiolette stråler. Selv om dette laget er over troposfæren, kan det faktisk være varmere på grunn av energien som absorberes fra solens stråler. De fleste jetfly og værballonger flyr i stratosfæren. Fly kan fly raskere i den fordi de er mindre påvirket av tyngdekraft og friksjon. Værballonger kan gi et bedre bilde av stormer, hvorav de fleste forekommer lavere i troposfæren.

6. Mesosfæren

Mesosfæren er det midterste laget, som strekker seg til en høyde på 85 km over planetens overflate. Temperaturen ligger rundt -120 °C. De fleste meteorer som kommer inn i jordens atmosfære brenner opp i mesosfæren. De to siste lagene som strekker seg ut i rommet er termosfæren og eksosfæren.

7. Atmosfærens forsvinning

Jorden har mest sannsynlig mistet atmosfæren flere ganger. Da planeten var dekket av hav av magma, krasjet massive interstellare objekter inn i den. Disse nedslagene, som også dannet Månen, kan ha dannet planetens atmosfære for første gang.

8. Hvis det ikke fantes atmosfæriske gasser...

Uten de forskjellige gassene i atmosfæren ville jorden vært for kald for menneskelig eksistens. Vanndamp, karbondioksid og andre atmosfæriske gasser absorberer varme fra solen og «fordeler» den over planetens overflate, og bidrar til å skape et beboelig klima.

9. Dannelse av ozonlaget

Det beryktede (og essensielle) ozonlaget ble til da oksygenatomer reagerte med ultrafiolett lys sol, danner ozon. Det er ozon som absorberer mesteparten av den skadelige strålingen fra solen. Til tross for dets betydning, ble ozonlaget dannet relativt nylig etter at det oppsto nok liv i havene til å slippe ut i atmosfæren den mengden oksygen som trengs for å skape en minimumskonsentrasjon av ozon

10. Ionosfære

Ionosfæren kalles så fordi høyenergipartikler fra verdensrommet og solen bidrar til å danne ioner, og skaper et "elektrisk lag" rundt planeten. Når det ikke fantes satellitter, hjalp dette laget med å reflektere radiobølger.

11. Surt regn

Sur nedbør, som ødelegger hele skoger og ødelegger akvatiske økosystemer, dannes i atmosfæren når svoveldioksid eller nitrogenoksidpartikler blandes med vanndamp og faller til bakken som regn. Disse kjemiske forbindelsene finnes også i naturen: svoveldioksid produseres under vulkanutbrudd, og nitrogenoksid produseres under lynnedslag.

12. Lynkraft

Lynet er så kraftig at bare én bolt kan varme den omkringliggende luften opp til 30 000°C. Den raske oppvarmingen forårsaker en eksplosiv utvidelse av nærliggende luft, som høres som en lydbølge kalt torden.

Aurora Borealis og Aurora Australis (nordlige og sørlige nordlys) er forårsaket av ionereaksjoner som skjer i det fjerde nivået av atmosfæren, termosfæren. Når høyt ladede solvindpartikler kolliderer med luftmolekyler over magnetiske poler planeter, lyser de og skaper praktfulle lysshow.

14. Solnedganger

Solnedganger ser ofte ut som om himmelen brenner, da små atmosfæriske partikler sprer lyset og reflekterer det i oransje og gule nyanser. Det samme prinsippet ligger til grunn for dannelsen av regnbuer.

I 2013 oppdaget forskere at bittesmå mikrober kan overleve mange kilometer over jordens overflate. I en høyde på 8-15 km over planeten ble det oppdaget mikrober som ødelegger organiske kjemikalier og flyter i atmosfæren og "mater" dem.

Tilhengere av teorien om apokalypsen og forskjellige andre skrekkhistorier vil være interessert i å lære om.

Sammensetningen av atmosfæren. Luftkonvolutten til planeten vår - atmosfære beskytter jordoverflaten mot de skadelige effektene av ultrafiolett stråling fra solen på levende organismer. Det beskytter også jorden mot kosmiske partikler - støv og meteoritter.

Atmosfæren består av en mekanisk blanding av gasser: 78 % av volumet er nitrogen, 21 % er oksygen og mindre enn 1 % er helium, argon, krypton og andre inerte gasser. Mengden oksygen og nitrogen i luften er praktisk talt uendret, fordi nitrogen nesten ikke kombineres med andre stoffer, og oksygen, som, selv om det er veldig aktivt og brukt på respirasjon, oksidasjon og forbrenning, stadig fylles på av planter.

Opp til en høyde på omtrent 100 km forblir prosentandelen av disse gassene praktisk talt uendret. Dette skyldes at luften hele tiden blandes.

I tillegg til de nevnte gassene inneholder atmosfæren omtrent 0,03% karbondioksid, som vanligvis er konsentrert nær jordoverflaten og er ujevnt fordelt: i byer, industrisentre og områder med vulkansk aktivitet øker mengden.

Det er alltid en viss mengde urenheter i atmosfæren - vanndamp og støv. Innholdet av vanndamp avhenger av lufttemperaturen: jo høyere temperatur, jo mer damp kan luften holde. På grunn av tilstedeværelsen av dampholdig vann i luften, er atmosfæriske fenomener som regnbuer, brytning av sollys, etc. mulig.

Støv kommer inn i atmosfæren under vulkanutbrudd, sand- og støvstormer, under ufullstendig forbrenning av brensel ved termiske kraftverk, etc.

Atmosfærens struktur. Atmosfærens tetthet endres med høyden: den er høyest på jordoverflaten og avtar når den går opp. Således, i en høyde på 5,5 km, er tettheten av atmosfæren 2 ganger, og i en høyde på 11 km er den 4 ganger mindre enn i overflatelaget.

Avhengig av tetthet, sammensetning og egenskaper til gasser deles atmosfæren inn i fem konsentriske lag (fig. 34).

Ris. 34. Vertikal del av atmosfæren (stratifisering av atmosfæren)

1. Det nederste laget kalles troposfæren. Dens øvre grense passerer i en høyde på 8-10 km ved polene og 16-18 km ved ekvator. Troposfæren inneholder opptil 80 % av atmosfærens totale masse og nesten all vanndamp.

Lufttemperaturen i troposfæren synker med høyden med 0,6 °C hver 100. m og ved dens øvre grense er -45-55 °C.

Luften i troposfæren blandes hele tiden og beveger seg inn ulike retninger. Bare her observeres tåke, regn, snøfall, tordenvær, stormer og andre værfenomener.

2. Ligger ovenfor stratosfæren, som strekker seg til en høyde på 50-55 km. Lufttetthet og trykk i stratosfæren er ubetydelig. Tynn luft består av de samme gassene som i troposfæren, men den inneholder mer ozon. Den høyeste konsentrasjonen av ozon er observert i en høyde på 15-30 km. Temperaturen i stratosfæren øker med høyden og når den øvre grensen 0 °C og over. Dette er fordi ozon absorberer kortbølget energi fra solen, noe som får luften til å varme opp.

3. Ligger over stratosfæren mesosfæren, strekker seg til en høyde på 80 km. Der synker temperaturen igjen og når -90 °C. Lufttettheten der er 200 ganger mindre enn ved jordoverflaten.

4. Over mesosfæren ligger termosfære(fra 80 til 800 km). Temperaturen i dette laget øker: i en høyde på 150 km til 220 °C; i en høyde på 600 km opp til 1500 °C. Atmosfæriske gasser (nitrogen og oksygen) er i ionisert tilstand. Under påvirkning av kortbølget solstråling skilles individuelle elektroner fra atomskallene. Som et resultat, i dette laget - ionosfære lag med ladede partikler vises. Deres tetteste lag ligger i en høyde på 300-400 km. På grunn av den lave tettheten solstråler de sprer seg ikke der, så himmelen er svart, stjerner og planeter skinner sterkt på den.

I ionosfæren er det polarlys, Det dannes kraftige elektriske strømmer som forårsaker forstyrrelser i jordas magnetfelt.

5. Over 800 km er det ytre skallet - eksosfære. Bevegelseshastigheten til individuelle partikler i eksosfæren nærmer seg kritisk - 11,2 mm/s, slik at individuelle partikler kan overvinne tyngdekraften og rømme ut i verdensrommet.

Betydningen av atmosfære. Atmosfærens rolle i livet til planeten vår er ekstremt stor. Uten henne ville jorden vært død. Atmosfæren beskytter jordoverflaten mot ekstrem oppvarming og avkjøling. Effekten kan sammenlignes med glassets rolle i drivhus: lar solens stråler passere og forhindrer varmetap.

Atmosfæren beskytter levende organismer mot kortbølget og korpuskulær stråling fra solen. Atmosfæren er miljøet der værfenomener oppstår, som alt henger sammen med menneskelig aktivitet. Studiet av dette skallet utføres på meteorologiske stasjoner. Dag og natt, uansett vær, overvåker meteorologer tilstanden til det nedre laget av atmosfæren. Fire ganger om dagen, og på mange stasjoner hver time måler de temperatur, trykk, luftfuktighet, noter skyet, vindretning og hastighet, nedbørsmengde, elektriske fenomener og lydfenomener i atmosfæren. Meteorologiske stasjoner lokalisert overalt: i Antarktis og i tropiske regnskoger, på høye fjell og i store tundravidder. Det gjøres også observasjoner på havene fra spesialbygde skip.

Siden 30-tallet. XX århundre observasjoner begynte i den frie atmosfæren. De begynte å skyte opp radiosonder som stiger til en høyde på 25-35 km og ved hjelp av radioutstyr overføre informasjon om temperatur, trykk, luftfuktighet og vindhastighet til jorden. I dag er meteorologiske raketter og satellitter også mye brukt. Sistnevnte har fjernsynsinstallasjoner som overfører bilder av jordoverflaten og skyene.

| |
5. Jordens luftskall§ 31. Oppvarming av atmosfæren

Atmosfærens tykkelse er omtrent 120 km fra jordens overflate. Den totale massen av luft i atmosfæren er (5,1-5,3) 10 18 kg. Av disse er massen av tørr luft 5,1352 ±0,0003 10 18 kg, den totale massen av vanndamp er i gjennomsnitt 1,27 10 16 kg.

Tropopause

Overgangslaget fra troposfæren til stratosfæren, et lag av atmosfæren der temperaturnedgangen med høyden stopper.

Stratosfæren

Et lag av atmosfæren som ligger i en høyde på 11 til 50 km. Karakterisert av en liten temperaturendring i 11-25 km-laget (nedre lag av stratosfæren) og en økning i temperatur i 25-40 km-laget fra -56,5 til 0,8 ° (øvre lag av stratosfæren eller inversjonsregionen). Etter å ha nådd en verdi på ca. 273 K (nesten 0 °C) i en høyde på ca. 40 km, holder temperaturen seg konstant opp til en høyde på ca. 55 km. Dette området med konstant temperatur kalles stratopausen og er grensen mellom stratosfæren og mesosfæren.

Stratopause

Atmosfærens grenselag mellom stratosfæren og mesosfæren. I den vertikale temperaturfordelingen er det et maksimum (ca. 0 °C).

Mesosfæren

Jordens atmosfære

Grensen for jordens atmosfære

Termosfære

Den øvre grensen er ca 800 km. Temperaturen stiger til høyder på 200-300 km, hvor den når verdier i størrelsesorden 1500 K, hvoretter den forblir nesten konstant til store høyder. Under påvirkning av ultrafiolett og røntgen-solstråling og kosmisk stråling skjer ionisering av luften ("auroras") - hovedområdene i ionosfæren ligger inne i termosfæren. I høyder over 300 km dominerer atomært oksygen. Den øvre grensen for termosfæren bestemmes i stor grad av solens nåværende aktivitet. I perioder med lav aktivitet - for eksempel i 2008-2009 - er det en merkbar nedgang i størrelsen på dette laget.

Termopause

Området i atmosfæren som grenser til termosfæren. I denne regionen er absorpsjonen av solstråling ubetydelig, og temperaturen endres faktisk ikke med høyden.

Eksosfære (spredningssfære)

Opp til en høyde på 100 km er atmosfæren en homogen, godt blandet blanding av gasser. I høyere lag avhenger fordelingen av gasser etter høyde av deres molekylmasser avtar konsentrasjonen av tyngre gasser raskere med avstanden fra jordens overflate. På grunn av nedgangen i gasstetthet synker temperaturen fra 0 °C i stratosfæren til -110 °C i mesosfæren. Imidlertid tilsvarer den kinetiske energien til individuelle partikler i høyder på 200-250 km en temperatur på ~150 °C. Over 200 km observeres betydelige svingninger i temperatur og gasstetthet i tid og rom.

I en høyde på ca 2000-3500 km går eksosfæren gradvis over i den s.k. nær romvakuum, som er fylt med svært forsjeldne partikler av interplanetær gass, hovedsakelig hydrogenatomer. Men denne gassen representerer bare en del av det interplanetariske stoffet. Den andre delen består av støvpartikler av kometær og meteorisk opprinnelse. I tillegg til ekstremt sjeldne støvpartikler trenger elektromagnetisk og korpuskulær stråling av sol- og galaktisk opprinnelse inn i dette rommet.

Troposfæren står for omtrent 80% av massen til atmosfæren, stratosfæren - omtrent 20%; massen av mesosfæren - ikke mer enn 0,3%, termosfæren - mindre enn 0,05% av total masse atmosfære. Basert på de elektriske egenskapene i atmosfæren, skilles nøytronosfæren og ionosfæren. Det antas for tiden at atmosfæren strekker seg til en høyde på 2000-3000 km.

Avhengig av sammensetningen av gassen i atmosfæren slipper de ut homosfære Og heterosfære. Heterosfære– Dette er området der tyngdekraften påvirker separasjonen av gasser, siden deres blanding i en slik høyde er ubetydelig. Dette innebærer en variabel sammensetning av heterosfæren. Under den ligger en godt blandet, homogen del av atmosfæren, kalt homosfæren. Grensen mellom disse lagene kalles turbopausen, den ligger i en høyde på ca 120 km.

Fysiologiske og andre egenskaper ved atmosfæren

Allerede i en høyde på 5 km over havet begynner en utrent person å oppleve oksygen sult, og uten tilpasning blir en persons ytelse betydelig redusert. Det er her den fysiologiske sonen i atmosfæren slutter. Menneskelig pust blir umulig i en høyde på 9 km, selv om opp til ca. 115 km inneholder atmosfæren oksygen.

Atmosfæren forsyner oss med oksygenet som er nødvendig for å puste. Men på grunn av fallet i det totale trykket i atmosfæren når du stiger til høyden, synker partialtrykket av oksygen tilsvarende.

I sjeldne luftlag er lydforplantning umulig. Opp til høyder på 60-90 km er det fortsatt mulig å bruke luftmotstand og løft for kontrollert aerodynamisk flyging. Men fra høyder på 100-130 km, mister begrepene M-nummeret og lydmuren, som er kjent for hver pilot, sin betydning: der passerer den konvensjonelle Karman-linjen, utenfor hvilken regionen med rent ballistisk flyging begynner, som bare kan kontrolleres ved hjelp av reaktive krefter.

I høyder over 100 km er atmosfæren fratatt en annen bemerkelsesverdig egenskap - evnen til å absorbere, lede og overføre termisk energi ved konveksjon (dvs. ved å blande luft). Det betyr at ulike elementer av utstyr på den orbitale romstasjonen ikke vil kunne kjøles fra utsiden på samme måte som man vanligvis gjør på et fly – ved hjelp av luftstråler og luftradiatorer. I denne høyden, som i verdensrommet generelt, er den eneste måten å overføre varme på termisk stråling.

Historie om atmosfærisk dannelse

Ifølge den vanligste teorien har jordens atmosfære hatt tre forskjellige sammensetninger over tid. Opprinnelig besto den av lette gasser (hydrogen og helium) fanget fra det interplanetære rommet. Dette er den såkalte primær atmosfære(for omtrent fire milliarder år siden). På neste trinn førte aktiv vulkansk aktivitet til metning av atmosfæren med andre gasser enn hydrogen (karbondioksid, ammoniakk, vanndamp). Slik ble det dannet sekundær atmosfære(omtrent tre milliarder år før i dag). Denne atmosfæren var gjenopprettende. Videre ble prosessen med atmosfæredannelse bestemt av følgende faktorer:

lekkasje av lette gasser (hydrogen og helium) inn i det interplanetære rommet;
kjemiske reaksjoner som oppstår i atmosfæren under påvirkning av ultrafiolett stråling, lynutladninger og noen andre faktorer.

Gradvis førte disse faktorene til dannelsen tertiær atmosfære, karakterisert ved et mye lavere innhold av hydrogen og et mye høyere innhold av nitrogen og karbondioksid (dannet som følge av kjemiske reaksjoner fra ammoniakk og hydrokarboner).

Nitrogen

utdanning store mengder nitrogen N 2 skyldes oksidasjonen av ammoniakk-hydrogen-atmosfæren av molekylært oksygen O 2, som begynte å komme fra overflaten av planeten som et resultat av fotosyntesen, som startet for 3 milliarder år siden. Nitrogen N2 slippes også ut i atmosfæren som følge av denitrifisering av nitrater og andre nitrogenholdige forbindelser. Nitrogen oksideres av ozon til NO inn øvre lag atmosfære.

Nitrogen N 2 reagerer kun under spesifikke forhold (for eksempel under et lynutladning). Oksydasjonen av molekylært nitrogen av ozon under elektriske utladninger brukes i små mengder i industriell produksjon av nitrogengjødsel. Cyanobakterier (blågrønne alger) og knutebakterier som danner rhizobial symbiose med belgfrukter, såkalte, kan oksidere den med lavt energiforbruk og omdanne den til en biologisk aktiv form. grønngjødsel.

Oksygen

Sammensetningen av atmosfæren begynte å endre seg radikalt med utseendet til levende organismer på jorden, som et resultat av fotosyntese, ledsaget av frigjøring av oksygen og absorpsjon av karbondioksid. Opprinnelig ble oksygen brukt på oksidasjon av reduserte forbindelser - ammoniakk, hydrokarboner, jernholdig form av jern inneholdt i havene, etc. På slutten av dette stadiet begynte oksygeninnholdet i atmosfæren å øke. Etter hvert dannet det seg en moderne atmosfære med oksiderende egenskaper. Siden dette forårsaket alvorlige og brå endringer i mange prosesser i atmosfæren, litosfæren og biosfæren, ble denne hendelsen kalt oksygenkatastrofen.

Edelgasser

Luftforurensing

I I det siste Mennesket begynte å påvirke utviklingen av atmosfæren. Resultatet av hans aktiviteter var en konstant betydelig økning i innholdet av karbondioksid i atmosfæren på grunn av forbrenning av hydrokarbonbrensel akkumulert i tidligere geologiske epoker. Store mengder CO 2 forbrukes under fotosyntesen og absorberes av verdenshavene. Denne gassen kommer inn i atmosfæren på grunn av nedbrytning av karbonatbergarter og organiske stoffer av plante- og animalsk opprinnelse, samt på grunn av vulkanisme og menneskelig industriell aktivitet. I løpet av de siste 100 årene har innholdet av CO 2 i atmosfæren økt med 10 %, og hoveddelen (360 milliarder tonn) kommer fra forbrenning av drivstoff. Hvis veksthastigheten for forbrenning av drivstoff fortsetter, vil mengden CO 2 i atmosfæren fordobles i løpet av de neste 200-300 årene og kan føre til globale klimaendringer.

Forbrenning av drivstoff er hovedkilden til forurensende gasser (CO, SO2). Svoveldioksid oksideres av atmosfærisk oksygen til SO 3 i de øvre lagene av atmosfæren, som igjen interagerer med vann og ammoniakkdamp, og den resulterende svovelsyren (H 2 SO 4) og ammoniumsulfat ((NH 4) 2 SO 4 ) returneres til jordoverflaten i form av den såkalte. sur nedbør. Bruk av forbrenningsmotorer fører til betydelig atmosfærisk forurensning med nitrogenoksider, hydrokarboner og blyforbindelser (tetraetylbly Pb(CH 3 CH 2) 4)).

Aerosolforurensning av atmosfæren er forårsaket av både naturlige årsaker (vulkanutbrudd, støvstormer, medføring av dråper sjøvann og plantepollen, etc.) og Økonomisk aktivitet mennesker (bryte malm og byggematerialer, brenne drivstoff, lage sement osv.). Intens storskala utslipp av partikler til atmosfæren er en av de mulige årsakene til klimaendringer på planeten.

se også

Jacchia (atmosfærisk modell)

Notater

Linker

Litteratur

V.V. Parin, F.P. Kosmolinsky, B.A. Dushkov"Rombiologi og medisin" (2. utgave, revidert og utvidet), M.: "Prosveshcheniye", 1975, 223 s.
N.V. Gusakova"Kjemi miljø", Rostov-on-Don: Phoenix, 2004, 192 med ISBN 5-222-05386-5
Sokolov V.A. Geochemistry of natural gases, M., 1971;
McEwen M., Phillips L. Atmospheric Chemistry, M., 1978;
Wark K., Warner S. Luftforurensing. Kilder og kontroll, trans. fra engelsk, M.. 1980;
Overvåking av bakgrunnsforurensning av naturmiljø. V. 1, L., 1982.

Jord
Jordens historie	Age of the Earth Jordens geologiske historie Geokronologisk skala Historie om livet på jorden Isbreing av jorden Paradokset til den svake unge Solen Kjempepåvirkningsteori Evolusjonskronologi
Geografi og geologi	Australia Asia Antarktis Afrika Europa Nord-Amerika Sør-Amerika Atlanterhavet Indiske hav Polhavet

10,045×10 3 J/(kg*K) (i temperaturområdet fra 0-100°C), C v 8,3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C). Løseligheten til luft i vann ved 0°C er 0,036%, ved 25°C - 0,22%.

Atmosfærisk sammensetning

Historie om atmosfærisk dannelse

Tidlig historie

Foreløpig kan vitenskapen ikke spore alle stadier av dannelsen av jorden med hundre prosent nøyaktighet. Ifølge den vanligste teorien har jordens atmosfære hatt fire forskjellige sammensetninger over tid. Opprinnelig besto den av lette gasser (hydrogen og helium) fanget fra det interplanetære rommet. Dette er den såkalte primær atmosfære. På neste trinn førte aktiv vulkansk aktivitet til metning av atmosfæren med andre gasser enn hydrogen (hydrokarboner, ammoniakk, vanndamp). Slik ble det dannet sekundær atmosfære. Denne atmosfæren var gjenopprettende. Videre ble prosessen med atmosfæredannelse bestemt av følgende faktorer:

konstant lekkasje av hydrogen til det interplanetære rommet;
kjemiske reaksjoner som oppstår i atmosfæren under påvirkning av ultrafiolett stråling, lynutladninger og noen andre faktorer.

Fremveksten av liv og oksygen

Med utseendet til levende organismer på jorden som et resultat av fotosyntese, ledsaget av frigjøring av oksygen og absorpsjon av karbondioksid, begynte sammensetningen av atmosfæren å endre seg. Det er imidlertid data (analyse av den isotopiske sammensetningen av atmosfærisk oksygen og det som frigjøres under fotosyntesen) som indikerer den geologiske opprinnelsen til atmosfærisk oksygen.

Opprinnelig ble oksygen brukt på oksidasjon av reduserte forbindelser - hydrokarboner, jernholdig form av jern inneholdt i havene, etc. På slutten av dette stadiet begynte oksygeninnholdet i atmosfæren å øke.

På 1990-tallet ble det utført eksperimenter for å lage et lukket økologisk system ("Biosphere 2"), der det ikke var mulig å lage et stabilt system med en jevn luftsammensetning. Påvirkning av mikroorganismer førte til en reduksjon i oksygennivået og en økning i mengden karbondioksid.

Nitrogen

Dannelsen av en stor mengde N 2 skyldes oksidasjonen av den primære ammoniakk-hydrogen-atmosfæren med molekylær O 2, som begynte å komme fra overflaten av planeten som et resultat av fotosyntese, visstnok for rundt 3 milliarder år siden (ifølge til en annen versjon er atmosfærisk oksygen av geologisk opprinnelse). Nitrogen oksideres til NO i den øvre atmosfæren, brukes i industrien og bindes av nitrogenfikserende bakterier, mens N2 slippes ut i atmosfæren som følge av denitrifisering av nitrater og andre nitrogenholdige forbindelser.

Nitrogen N 2 er en inert gass og reagerer kun under spesifikke forhold (for eksempel under et lynutladning). Cyanobakterier og noen bakterier (for eksempel knutebakterier, som danner rhizobial symbiose med belgfrukter).

Oksydasjonen av molekylært nitrogen ved elektriske utladninger brukes i industriell produksjon av nitrogengjødsel, og det førte også til dannelsen av unike forekomster av nitrat i den chilenske Atacama-ørkenen.

Edelgasser

Forbrenning av drivstoff er hovedkilden til forurensende gasser (CO, NO, SO2). Svoveldioksid oksideres av luft O 2 til SO 3 i de øvre lagene av atmosfæren, som interagerer med H 2 O og NH 3-damper, og den resulterende H 2 SO 4 og (NH 4) 2 SO 4 vender tilbake til jordoverflaten. sammen med nedbør. Bruk av forbrenningsmotorer fører til betydelig atmosfærisk forurensning med nitrogenoksider, hydrokarboner og Pb-forbindelser.

Aerosolforurensning av atmosfæren er forårsaket av både naturlige årsaker (vulkanutbrudd, støvstormer, overførsel av dråper av sjøvann og pollenpartikler osv.) og menneskelig økonomisk aktivitet (gruvedrift av malm og byggematerialer, brenning av drivstoff, fremstilling av sement, etc.). ). Intens storskala utslipp av partikler til atmosfæren er en av de mulige årsakene til klimaendringer på planeten.

Strukturen til atmosfæren og egenskapene til individuelle skjell

Atmosfærens fysiske tilstand bestemmes av vær og klima. Grunnleggende parametere for atmosfæren: lufttetthet, trykk, temperatur og sammensetning. Når høyden øker, reduseres lufttettheten og atmosfærisk trykk. Temperaturen endres også med endringer i høyden. Atmosfærens vertikale struktur er preget av ulike temperatur og elektriske egenskaper, og ulike luftforhold. Avhengig av temperaturen i atmosfæren skilles følgende hovedlag: troposfære, stratosfære, mesosfære, termosfære, eksosfære (spredningssfære). Overgangsområdene i atmosfæren mellom naboskjell kalles henholdsvis tropopause, stratopause, etc..

Troposfæren

Stratosfæren

I stratosfæren beholdes det meste av den kortbølgede delen av ultrafiolett stråling (180-200 nm) og energien til kortbølger transformeres. Under påvirkning av disse strålene endres de magnetiske felt, molekyler går i oppløsning, ionisering skjer, nydannelse av gasser og annet kjemiske forbindelser. Disse prosessene kan observeres i form av nordlys, lyn og andre gløder.

I stratosfæren og høyere lag, under påvirkning av solstråling, dissosierer gassmolekyler til atomer (over 80 km CO 2 og H 2 dissosieres, over 150 km - O 2, over 300 km - H 2). I en høyde på 100-400 km skjer ionisering av gasser også i ionosfæren i en høyde på 320 km, konsentrasjonen av ladede partikler (O + 2, O − 2, N + 2) er ~ 1/300 av; konsentrasjon av nøytrale partikler. I de øvre lagene av atmosfæren er det frie radikaler - OH, HO 2, etc.

Det er nesten ingen vanndamp i stratosfæren.

Mesosfæren

Opp til en høyde på 100 km er atmosfæren en homogen, godt blandet blanding av gasser. I høyere lag avhenger fordelingen av gasser etter høyde av deres molekylmasser avtar konsentrasjonen av tyngre gasser raskere med avstanden fra jordens overflate. På grunn av en reduksjon i gasstetthet synker temperaturen fra 0°C i stratosfæren til −110°C i mesosfæren. Imidlertid tilsvarer den kinetiske energien til individuelle partikler i høyder på 200-250 km en temperatur på ~1500°C. Over 200 km observeres betydelige svingninger i temperatur og gasstetthet i tid og rom.

I en høyde på rundt 2000-3000 km går eksosfæren gradvis over i det såkalte romnære vakuumet, som er fylt med svært forsjeldne partikler av interplanetær gass, hovedsakelig hydrogenatomer. Men denne gassen representerer bare en del av det interplanetariske stoffet. Den andre delen består av støvpartikler av kometær og meteorisk opprinnelse. I tillegg til disse ekstremt sjeldne partiklene, trenger elektromagnetisk og korpuskulær stråling av sol- og galaktisk opprinnelse inn i dette rommet.

Troposfæren står for omtrent 80% av massen til atmosfæren, stratosfæren - omtrent 20%; massen til mesosfæren er ikke mer enn 0,3 %, termosfæren er mindre enn 0,05 % av atmosfærens totale masse. Basert på de elektriske egenskapene i atmosfæren, skilles nøytronosfæren og ionosfæren. Det antas for tiden at atmosfæren strekker seg til en høyde på 2000-3000 km.

Avhengig av sammensetningen av gassen i atmosfæren slipper de ut homosfære Og heterosfære. Heterosfære– Dette er området der tyngdekraften påvirker separasjonen av gasser, siden deres blanding i en slik høyde er ubetydelig. Dette innebærer en variabel sammensetning av heterosfæren. Under den ligger en godt blandet, homogen del av atmosfæren kalt homosfæren. Grensen mellom disse lagene kalles turbopausen, den ligger i en høyde på ca 120 km.

Atmosfæriske egenskaper

Allerede i en høyde på 5 km over havet begynner en utrent person å oppleve oksygen sult, og uten tilpasning blir en persons ytelse betydelig redusert. Det er her den fysiologiske sonen i atmosfæren slutter. Menneskelig pust blir umulig i en høyde på 15 km, selv om opp til ca. 115 km inneholder atmosfæren oksygen.

Menneskelungene inneholder konstant rundt 3 liter alveolær luft. Partialtrykket av oksygen i alveolær luft ved normalt atmosfærisk trykk er 110 mmHg. Art., karbondioksidtrykk - 40 mm Hg. Art., og vanndamp −47 mm Hg. Kunst. Med økende høyde faller oksygentrykket, og det totale damptrykket av vann og karbondioksid i lungene forblir nesten konstant - omtrent 87 mm Hg. Kunst. Tilførselen av oksygen til lungene vil stoppe helt når lufttrykket i omgivelsene blir lik denne verdien.

I en høyde på omtrent 19-20 km synker atmosfæretrykket til 47 mm Hg. Kunst. Derfor, i denne høyden, begynner vann og interstitiell væske å koke i menneskekroppen. Utenfor trykkkabinen i disse høydene inntreffer døden nesten øyeblikkelig. Således, fra menneskelig fysiologi, begynner "rommet" allerede i en høyde på 15-19 km.

Tette luftlag - troposfæren og stratosfæren - beskytter oss mot skadevirkningene av stråling. Med tilstrekkelig sjeldne luft, i høyder på mer enn 36 km, har ioniserende stråling en intens effekt på kroppen - primær kosmiske stråler; I høyder på mer enn 40 km er den ultrafiolette delen av solspekteret farlig for mennesker.