Composición de la atmósfera terrestre en porcentaje. Atmósfera de la tierra

La atmósfera es una mezcla de varios gases. Se extiende desde la superficie de la Tierra hasta una altura de 900 km, protege al planeta del espectro nocivo de la radiación solar y contiene gases necesarios para toda la vida en el planeta. La atmósfera atrapa el calor del sol, calentando la superficie terrestre y creando un clima favorable.

Composición atmosférica

La atmósfera terrestre se compone principalmente de dos gases: nitrógeno (78%) y oxígeno (21%). Además, contiene impurezas de dióxido de carbono y otros gases. en la atmósfera existe en forma de vapor, gotas de humedad en las nubes y cristales de hielo.

Capas de la atmósfera

La atmósfera se compone de muchas capas, entre las cuales no existen límites claros. Las temperaturas de las distintas capas difieren notablemente entre sí.

• Magnetosfera sin aire. Aquí es donde la mayoría de los satélites de la Tierra vuelan fuera de la atmósfera terrestre.
• Exosfera (450-500 km de la superficie). Casi nada de gases. Algunos satélites meteorológicos vuelan en la exosfera. La termosfera (80-450 km) se caracteriza por altas temperaturas, que alcanzan los 1700°C en la capa superior.
• Mesosfera (50-80 km). En esta zona la temperatura desciende a medida que aumenta la altitud. Aquí es donde se queman la mayoría de los meteoritos (fragmentos de rocas espaciales) que entran en la atmósfera.
• Estratosfera (15-50 km). Contiene capa de ozono, es decir, una capa de ozono que absorbe la radiación ultravioleta del sol. Esto hace que aumenten las temperaturas cerca de la superficie de la Tierra. Los aviones a reacción suelen volar aquí porque La visibilidad en esta capa es muy buena y casi no hay interferencias provocadas por las condiciones climáticas.
• Troposfera. La altura varía de 8 a 15 km desde la superficie terrestre. Es aquí donde se forma el clima del planeta, ya que en Esta capa contiene la mayor cantidad de vapor de agua, polvo y vientos. La temperatura disminuye con la distancia desde la superficie terrestre.

Presión atmosférica

Aunque no lo sintamos, las capas de la atmósfera ejercen presión sobre la superficie de la Tierra. Es más alto cerca de la superficie y, a medida que te alejas, disminuye gradualmente. Depende de la diferencia de temperatura entre la tierra y el océano, por lo que en zonas situadas a la misma altitud sobre el nivel del mar suele haber presiones diferentes. La baja presión trae consigo un clima húmedo, mientras que la alta presión generalmente trae un clima despejado.

Movimiento de masas de aire en la atmósfera.

Y las presiones obligan a las capas inferiores de la atmósfera a mezclarse. Así surgen los vientos, que soplan desde zonas de alta presión a zonas de baja presión. En muchas regiones, los vientos locales también surgen debido a las diferencias de temperatura entre la tierra y el mar. Las montañas también influyen significativamente en la dirección de los vientos.

Efecto invernadero

El dióxido de carbono y otros gases que forman la atmósfera terrestre atrapan el calor del sol. Este proceso se denomina comúnmente efecto invernadero, ya que recuerda en muchos aspectos a la circulación del calor en los invernaderos. El efecto invernadero provoca el calentamiento global en el planeta. En las zonas de alta presión (anticiclones) comienza un tiempo despejado y soleado. Las zonas de baja presión (ciclones) suelen experimentar un clima inestable. Calor y luz entrando a la atmósfera. Los gases atrapan el calor reflejado desde la superficie terrestre, provocando así un aumento de la temperatura en la Tierra.

Hay una capa de ozono especial en la estratosfera. El ozono bloquea la mayor parte de la radiación ultravioleta del sol, protegiendo de ella a la Tierra y a toda la vida que hay en ella. Los científicos han descubierto que la causa de la destrucción de la capa de ozono son los gases especiales de dióxido de clorofluorocarbono contenidos en algunos aerosoles y equipos de refrigeración. Sobre el Ártico y la Antártida se han descubierto enormes agujeros en la capa de ozono, lo que contribuye a un aumento de la cantidad de radiación ultravioleta que afecta a la superficie de la Tierra.

El ozono se forma en la atmósfera inferior como resultado de la radiación solar y diversos gases y humos de escape. Por lo general, se dispersa por toda la atmósfera, pero si se forma una capa cerrada de aire frío debajo de una capa de aire cálido, el ozono se concentra y se produce smog. Desafortunadamente, esto no puede reemplazar el ozono perdido en los agujeros de ozono.

En esta fotografía de satélite se ve claramente un agujero en la capa de ozono sobre la Antártida. El tamaño del agujero varía, pero los científicos creen que crece constantemente. Se están realizando esfuerzos para reducir el nivel de gases de escape en la atmósfera. Se debe reducir la contaminación del aire y utilizar combustibles sin humo en las ciudades. El smog causa irritación ocular y asfixia a muchas personas.

El surgimiento y evolución de la atmósfera terrestre.

La atmósfera moderna de la Tierra es el resultado de un largo desarrollo evolutivo. Surgió como resultado de la acción combinada de factores geológicos y la actividad vital de los organismos. A lo largo de la historia geológica, la atmósfera terrestre ha sufrido varios cambios profundos. Según datos geológicos y premisas teóricas, la atmósfera primordial de la joven Tierra, que existió hace unos 4 mil millones de años, podría consistir en una mezcla de gases inertes y nobles con una pequeña adición de nitrógeno pasivo (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993). Actualmente, la visión sobre la composición y estructura de la atmósfera primitiva ha cambiado algo. La atmósfera primaria (protoatmósfera) en la etapa protoplanetaria más temprana, es decir, con más de 4,2 mil millones de años. años, podría estar compuesto por una mezcla de metano, amoníaco y dióxido de carbono. Como resultado de la desgasificación del manto y de los procesos activos de erosión que se producen en la superficie terrestre, se forma vapor de agua, compuestos de carbono en forma de CO 2 y CO, azufre y sus Los compuestos comenzaron a ingresar a la atmósfera, así como ácidos halógenos fuertes: HCI, HF, HI y ácido bórico, que se complementaron con metano, amoníaco, hidrógeno, argón y algunos otros gases nobles en la atmósfera. Esta atmósfera primaria era extremadamente delgada. Por tanto, la temperatura en la superficie terrestre estaba cercana a la temperatura de equilibrio radiativo (A. S. Monin, 1977).

Con el tiempo, la composición del gas de la atmósfera primaria comenzó a transformarse bajo la influencia de los procesos de erosión de las rocas que sobresalen de la superficie terrestre, la actividad de cianobacterias y algas verdiazules, procesos volcánicos y la acción de la luz solar. Esto provocó la descomposición del metano en dióxido de carbono, del amoníaco en nitrógeno e hidrógeno; El dióxido de carbono, que lentamente se hundió en la superficie terrestre, y el nitrógeno comenzaron a acumularse en la atmósfera secundaria. Gracias a la actividad vital de las algas verdiazules, en el proceso de fotosíntesis se empezó a producir oxígeno, que, sin embargo, al principio se gastaba principalmente en la “oxidación de los gases atmosféricos y luego de las rocas”. Al mismo tiempo, el amoníaco, oxidado a nitrógeno molecular, comenzó a acumularse intensamente en la atmósfera. Se supone que una cantidad significativa de nitrógeno en la atmósfera moderna es relicta. El metano y el monóxido de carbono se oxidaron a dióxido de carbono. El azufre y el sulfuro de hidrógeno se oxidaron a SO 2 y SO 3, que, debido a su alta movilidad y ligereza, fueron rápidamente eliminados de la atmósfera. Así, la atmósfera de una atmósfera reductora, como lo era en el Arcaico y el Proterozoico Temprano, se convirtió gradualmente en una atmósfera oxidante.

El dióxido de carbono entró en la atmósfera como resultado de la oxidación del metano y como resultado de la desgasificación del manto y la erosión de las rocas. Si todo el dióxido de carbono liberado a lo largo de la historia de la Tierra se mantuviera en la atmósfera, su presión parcial en la actualidad podría llegar a ser la misma que en Venus (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Pero en la Tierra se produjo el proceso inverso. Una parte importante del dióxido de carbono de la atmósfera se disolvió en la hidrosfera, en la que los hidrobiontes lo utilizaron para construir sus conchas y lo convirtieron biogénicamente en carbonatos. Posteriormente, a partir de ellos se formaron gruesos estratos de carbonatos quimiogénicos y organógenos.

El oxígeno entró en la atmósfera desde tres fuentes. Durante mucho tiempo, desde el momento de la aparición de la Tierra, se liberó durante la desgasificación del manto y se gastó principalmente en procesos oxidativos. Otra fuente de oxígeno fue la fotodisociación del vapor de agua por la intensa radiación solar ultravioleta. Apariciones; El oxígeno libre en la atmósfera provocó la muerte de la mayoría de los procariotas que vivían en condiciones reductoras. Los organismos procarióticos cambiaron sus hábitats. Dejaron la superficie de la Tierra en sus profundidades y áreas donde aún se mantenían las condiciones de recuperación. Fueron reemplazados por eucariotas, que comenzaron a convertir energéticamente el dióxido de carbono en oxígeno.

Durante el Arcaico y una parte importante del Proterozoico, casi todo el oxígeno generado tanto por vía abiogénica como biogénica se gastó principalmente en la oxidación del hierro y el azufre. Al final del Proterozoico, todo el hierro divalente metálico ubicado en la superficie de la Tierra se oxidó o se trasladó al núcleo de la Tierra. Esto provocó que cambiara la presión parcial de oxígeno en la atmósfera del Proterozoico temprano.

A mediados del Proterozoico, la concentración de oxígeno en la atmósfera alcanzó el punto de Jury y ascendía al 0,01% de los niveles modernos. A partir de esta época, el oxígeno comenzó a acumularse en la atmósfera y, probablemente, ya al final del Rifeo su contenido alcanzó el punto Pasteur (0,1% del nivel moderno). Es posible que la capa de ozono apareciera en el período Vendiano y que nunca desapareciera.

La aparición de oxígeno libre en la atmósfera terrestre estimuló la evolución de la vida y propició la aparición de nuevas formas con un metabolismo más avanzado. Si las algas unicelulares eucarióticas anteriores y la cyanea, que aparecieron al comienzo del Proterozoico, requerían un contenido de oxígeno en el agua de solo 10 -3 de su concentración moderna, luego, con la aparición de los metazoos no esqueléticos al final del Vendiano temprano, es decir, hace unos 650 millones de años, la concentración de oxígeno en la atmósfera debería ser significativamente mayor. Después de todo, Metazoa utilizaba la respiración con oxígeno y esto requería que la presión parcial de oxígeno alcanzara un nivel crítico: el punto Pasteur. En este caso, el proceso de fermentación anaeróbica fue sustituido por un metabolismo del oxígeno progresiva y energéticamente más prometedor.

Después de esto, se produjo con bastante rapidez una mayor acumulación de oxígeno en la atmósfera terrestre. El aumento progresivo del volumen de algas verdiazules contribuyó a alcanzar en la atmósfera el nivel de oxígeno necesario para el sustento de la vida del mundo animal. Una cierta estabilización del contenido de oxígeno en la atmósfera se produjo desde el momento en que las plantas llegaron a la tierra, hace aproximadamente 450 millones de años. La aparición de plantas en la tierra, que se produjo en el período Silúrico, condujo a la estabilización definitiva de los niveles de oxígeno en la atmósfera. A partir de ese momento, su concentración comenzó a fluctuar dentro de límites bastante estrechos, sin exceder nunca los límites de la existencia de la vida. La concentración de oxígeno en la atmósfera se ha estabilizado completamente desde la aparición de las plantas con flores. Este evento ocurrió a mediados del período Cretácico, es decir. hace unos 100 millones de años.

La mayor parte del nitrógeno se formó en las primeras etapas del desarrollo de la Tierra, principalmente debido a la descomposición del amoníaco. Con la aparición de los organismos se inició el proceso de unir el nitrógeno atmosférico en materia orgánica y enterrarlo en sedimentos marinos. Una vez que los organismos llegaron a la tierra, el nitrógeno comenzó a quedar enterrado en los sedimentos continentales. Los procesos de procesamiento de nitrógeno libre se intensificaron especialmente con la llegada de las plantas terrestres.

En el cambio de criptozoico y fanerozoico, es decir, hace unos 650 millones de años, el contenido de dióxido de carbono en la atmósfera disminuyó a décimas de porcentaje, y sólo recientemente, aproximadamente entre 10 y 20 millones de años, alcanzó un contenido cercano al nivel moderno. atrás.

Así, la composición gaseosa de la atmósfera no sólo proporcionó espacio vital para los organismos, sino que también determinó las características de su actividad vital y contribuyó al asentamiento y la evolución. Las perturbaciones que surgieron en la distribución de la composición gaseosa de la atmósfera favorable para los organismos, tanto por razones cósmicas como planetarias, llevaron a extinciones masivas del mundo orgánico, que ocurrieron repetidamente durante el Criptozoico y en ciertos límites de la historia del Fanerozoico.

Funciones etnosféricas de la atmósfera.

La atmósfera terrestre proporciona las sustancias y la energía necesarias y determina la dirección y velocidad de los procesos metabólicos. La composición gaseosa de la atmósfera moderna es óptima para la existencia y desarrollo de la vida. Al ser la zona donde se forman el tiempo y el clima, la atmósfera debe crear condiciones confortables para la vida de las personas, los animales y la vegetación. Las desviaciones en una dirección u otra en la calidad del aire atmosférico y las condiciones climáticas crean condiciones extremas para la vida de la flora y la fauna, incluidos los humanos.

La atmósfera terrestre no sólo proporciona las condiciones para la existencia de la humanidad, sino que es el factor principal en la evolución de la etnosfera. Al mismo tiempo, resulta ser un recurso energético y de materias primas para la producción. En general, la atmósfera es un factor preservador de la salud humana, y algunas áreas, por condiciones físico-geográficas y calidad del aire atmosférico, sirven como áreas recreativas y son áreas destinadas al tratamiento sanatorio-balneario y a la recreación de las personas. Así, la atmósfera es un factor de impacto estético y emocional.

Las funciones etnosfera y tecnosfera de la atmósfera, definidas recientemente (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), requieren un estudio independiente y en profundidad. Así, el estudio de las funciones de la energía atmosférica es muy relevante, tanto desde el punto de vista de la ocurrencia y operación de procesos que dañan el medio ambiente, como desde el punto de vista del impacto en la salud y el bienestar de las personas. En este caso, estamos hablando de la energía de ciclones y anticiclones, vórtices atmosféricos, presión atmosférica y otros fenómenos atmosféricos extremos, cuyo uso efectivo contribuirá a la solución exitosa del problema de obtener fuentes de energía alternativas que no contaminen el medio ambiente. ambiente. Después de todo, el entorno aéreo, especialmente la parte que se encuentra sobre el Océano Mundial, es un área donde se libera una cantidad colosal de energía libre.

Por ejemplo, se ha establecido que los ciclones tropicales de fuerza media liberan energía equivalente a la energía de 500 mil bombas atómicas lanzadas sobre Hiroshima y Nagasaki en un solo día. En 10 días de existencia de tal ciclón, se libera suficiente energía para satisfacer todas las necesidades energéticas de un país como Estados Unidos durante 600 años.

En los últimos años se ha publicado una gran cantidad de trabajos de científicos naturales, que de una forma u otra se ocupan de diversos aspectos de la actividad y la influencia de la atmósfera en los procesos terrestres, lo que indica la intensificación de las interacciones interdisciplinarias en las ciencias naturales modernas. Al mismo tiempo, se manifiesta el papel integrador de algunas de sus direcciones, entre las que cabe destacar la dirección funcional-ecológica en geoecología.

Esta dirección estimula el análisis y la generalización teórica sobre las funciones ecológicas y el papel planetario de varias geosferas, y esto, a su vez, es un requisito previo importante para el desarrollo de metodologías y fundamentos científicos para el estudio holístico de nuestro planeta, el uso racional y la protección de sus recursos naturales.

La atmósfera terrestre consta de varias capas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera, ionosfera y exosfera. En la parte superior de la troposfera y en la parte inferior de la estratosfera hay una capa enriquecida con ozono, llamada escudo de ozono. Se han establecido ciertos patrones (diarios, estacionales, anuales, etc.) en la distribución del ozono. Desde su origen, la atmósfera ha influido en el curso de los procesos planetarios. La composición primaria de la atmósfera era completamente diferente a la actual, pero con el tiempo la proporción y el papel del nitrógeno molecular aumentaron constantemente; hace unos 650 millones de años apareció el oxígeno libre, cuya cantidad aumentaba continuamente, pero la concentración de dióxido de carbono disminuyó en consecuencia. La alta movilidad de la atmósfera, su composición gaseosa y la presencia de aerosoles determinan su papel destacado y participación activa en diversos procesos geológicos y de la biosfera. La atmósfera juega un papel importante en la redistribución de la energía solar y el desarrollo de fenómenos naturales y desastres catastróficos. Vórtices atmosféricos: tornados (tornados), huracanes, tifones, ciclones y otros fenómenos tienen un impacto negativo en el mundo orgánico y los sistemas naturales. Las principales fuentes de contaminación, junto con los factores naturales, son diversas formas de actividad económica humana. Los efectos antropogénicos en la atmósfera se expresan no sólo en la aparición de diversos aerosoles y gases de efecto invernadero, sino también en un aumento de la cantidad de vapor de agua y se manifiestan en forma de smog y lluvia ácida. Los gases de efecto invernadero cambian el régimen de temperatura de la superficie terrestre; las emisiones de algunos gases reducen el volumen de la capa de ozono y contribuyen a la formación de agujeros de ozono. El papel etnosférico de la atmósfera terrestre es excelente.

El papel de la atmósfera en los procesos naturales.

La atmósfera superficial, en su estado intermedio entre la litosfera y el espacio exterior y su composición gaseosa, crea las condiciones para la vida de los organismos. Al mismo tiempo, la erosión y la intensidad de la destrucción de las rocas, la transferencia y acumulación de material clástico dependen de la cantidad, naturaleza y frecuencia de las precipitaciones, de la frecuencia y fuerza de los vientos y, especialmente, de la temperatura del aire. La atmósfera es un componente central del sistema climático. La temperatura y la humedad del aire, la nubosidad y las precipitaciones, el viento: todo esto caracteriza el clima, es decir, el estado de la atmósfera en continuo cambio. Al mismo tiempo, estos mismos componentes caracterizan el clima, es decir, el régimen meteorológico medio a largo plazo.

La composición de los gases, la presencia de nubes y diversas impurezas, que se denominan partículas de aerosol (cenizas, polvo, partículas de vapor de agua), determinan las características del paso de la radiación solar a través de la atmósfera e impiden el escape de la radiación térmica terrestre. al espacio exterior.

La atmósfera de la Tierra es muy móvil. Los procesos que se producen en él y los cambios en la composición de su gas, espesor, turbidez, transparencia y la presencia de determinadas partículas de aerosol en él afectan tanto al tiempo como al clima.

La acción y dirección de los procesos naturales, así como la vida y la actividad en la Tierra, están determinadas por la radiación solar. Proporciona el 99,98% del calor suministrado a la superficie terrestre. Cada año esto equivale a 134 * 10 19 kcal. Esta cantidad de calor se puede obtener quemando 200 mil millones de toneladas de carbón. Las reservas de hidrógeno que crean este flujo de energía termonuclear en la masa del Sol durarán al menos otros 10 mil millones de años, es decir, el doble de la existencia de nuestro planeta y de él mismo.

Aproximadamente 1/3 de la cantidad total de energía solar que llega al límite superior de la atmósfera se refleja de regreso al espacio, el 13% es absorbido por la capa de ozono (incluida casi toda la radiación ultravioleta). el 7% - el resto de la atmósfera y sólo el 44% llega a la superficie terrestre. La radiación solar total que llega a la Tierra cada día es igual a la energía que la humanidad recibió como resultado de la quema de todo tipo de combustible durante el último milenio.

La cantidad y naturaleza de la distribución de la radiación solar en la superficie terrestre dependen estrechamente de la nubosidad y la transparencia de la atmósfera. La cantidad de radiación dispersada está influenciada por la altura del Sol sobre el horizonte, la transparencia de la atmósfera, el contenido de vapor de agua, polvo, la cantidad total de dióxido de carbono, etc.

La máxima cantidad de radiación dispersada llega a las regiones polares. Cuanto más bajo está el Sol sobre el horizonte, menos calor entra en una determinada zona del terreno.

La transparencia y la nubosidad atmosféricas son de gran importancia. En un día nublado de verano suele hacer más frío que en uno despejado, ya que la nubosidad diurna impide el calentamiento de la superficie terrestre.

El polvo de la atmósfera juega un papel importante en la distribución del calor. Las partículas sólidas de polvo y cenizas finamente dispersas que se encuentran en él, que afectan su transparencia, afectan negativamente la distribución de la radiación solar, la mayor parte de la cual se refleja. Las partículas finas ingresan a la atmósfera de dos maneras: cenizas emitidas durante las erupciones volcánicas o polvo del desierto transportado por los vientos de las regiones áridas tropicales y subtropicales. Especialmente una gran cantidad de este tipo de polvo se forma durante las sequías, cuando las corrientes de aire cálido lo transportan a las capas superiores de la atmósfera y pueden permanecer allí durante mucho tiempo. Después de la erupción del volcán Krakatoa en 1883, el polvo arrojado a la atmósfera a decenas de kilómetros permaneció en la estratosfera durante unos 3 años. Como consecuencia de la erupción del volcán El Chichón (México) en 1985, el polvo llegó a Europa, por lo que se produjo un ligero descenso de las temperaturas superficiales.

La atmósfera terrestre contiene cantidades variables de vapor de agua. En términos absolutos en peso o volumen, su cantidad oscila entre el 2 y el 5%.

El vapor de agua, al igual que el dióxido de carbono, potencia el efecto invernadero. En las nubes y nieblas que surgen en la atmósfera se producen peculiares procesos físicos y químicos.

La principal fuente de vapor de agua que ingresa a la atmósfera es la superficie del Océano Mundial. Anualmente se evapora una capa de agua de 95 a 110 cm de espesor, una parte de la humedad regresa al océano después de la condensación y la otra es dirigida por las corrientes de aire hacia los continentes. En zonas de clima húmedo variable, la precipitación humedece el suelo y en climas húmedos crea reservas de agua subterránea. Así, la atmósfera es un acumulador de humedad y un reservorio de precipitaciones. y las nieblas que se forman en la atmósfera aportan humedad a la capa del suelo y, por tanto, desempeñan un papel decisivo en el desarrollo de la flora y la fauna.

La humedad atmosférica se distribuye sobre la superficie terrestre debido a la movilidad de la atmósfera. Se caracteriza por un sistema muy complejo de distribución de vientos y presiones. Debido al hecho de que la atmósfera está en continuo movimiento, la naturaleza y la escala de la distribución de los flujos y la presión del viento cambian constantemente. La escala de circulación varía desde la micrometeorológica, con un tamaño de sólo unos pocos cientos de metros, hasta una escala global de varias decenas de miles de kilómetros. Enormes vórtices atmosféricos participan en la creación de sistemas de corrientes de aire a gran escala y determinan la circulación general de la atmósfera. Además, son fuentes de fenómenos atmosféricos catastróficos.

La distribución de las condiciones meteorológicas y climáticas y el funcionamiento de la materia viva dependen de la presión atmosférica. Si la presión atmosférica fluctúa dentro de límites pequeños, no juega un papel decisivo en el bienestar de las personas y el comportamiento de los animales y no afecta las funciones fisiológicas de las plantas. Los cambios de presión suelen estar asociados a fenómenos frontales y cambios climáticos.

La presión atmosférica es de fundamental importancia para la formación del viento, que, al ser un factor formador del relieve, tiene un fuerte impacto en la flora y la fauna.

El viento puede suprimir el crecimiento de las plantas y al mismo tiempo promover la transferencia de semillas. El papel del viento en la configuración del tiempo y las condiciones climáticas es enorme. También actúa como regulador de las corrientes marinas. El viento, como uno de los factores exógenos, contribuye a la erosión y deflación del material erosionado a largas distancias.

Papel ecológico y geológico de los procesos atmosféricos.

Una disminución de la transparencia de la atmósfera por la aparición de partículas de aerosoles y polvo sólido en ella afecta a la distribución de la radiación solar, aumentando el albedo o reflectividad. Varias reacciones químicas que provocan la descomposición del ozono y la formación de nubes de “perlas” formadas por vapor de agua conducen al mismo resultado. Los cambios globales en la reflectividad, así como los cambios en los gases atmosféricos, principalmente gases de efecto invernadero, son responsables del cambio climático.

El calentamiento desigual, que provoca diferencias en la presión atmosférica en diferentes partes de la superficie terrestre, conduce a la circulación atmosférica, que es el sello distintivo de la troposfera. Cuando se produce una diferencia de presión, el aire se precipita desde áreas de alta presión a áreas de baja presión. Estos movimientos de masas de aire, junto con la humedad y la temperatura, determinan las principales características ecológicas y geológicas de los procesos atmosféricos.

Dependiendo de la velocidad, el viento realiza diversos trabajos geológicos en la superficie terrestre. A una velocidad de 10 m/s, sacude gruesas ramas de árboles, levantando y transportando polvo y arena fina; rompe ramas de árboles con una velocidad de 20 m/s, transporta arena y grava; a una velocidad de 30 m/s (tormenta) arranca los techos de las casas, arranca árboles, rompe postes, mueve guijarros y arrastra pequeños escombros, y un viento huracanado a una velocidad de 40 m/s destruye casas, rompe y derriba energía alinea postes, arranca árboles grandes.

Chubascas y tornados (tornados): los vórtices atmosféricos que surgen en la estación cálida en poderosos frentes atmosféricos, con velocidades de hasta 100 m/s, tienen un gran impacto ambiental negativo con consecuencias catastróficas. Las borrascas son torbellinos horizontales con vientos huracanados (hasta 60-80 m/s). A menudo van acompañados de fuertes aguaceros y tormentas que duran desde varios minutos hasta media hora. Las borrascas cubren áreas de hasta 50 km de ancho y recorren una distancia de 200 a 250 km. En 1998, una tormenta que azotó Moscú y la región de Moscú dañó los tejados de muchas casas y derribó árboles.

Los tornados, llamados tornados en América del Norte, son poderosos vórtices atmosféricos en forma de embudo, a menudo asociados con nubes de tormenta. Se trata de columnas de aire que se estrechan en el centro y tienen un diámetro de varias decenas a cientos de metros. Un tornado tiene la apariencia de un embudo, muy parecido a la trompa de un elefante, que desciende de las nubes o se eleva desde la superficie de la tierra. Al poseer una fuerte rarefacción y una alta velocidad de rotación, un tornado recorre varios cientos de kilómetros, aspirando polvo, agua de embalses y diversos objetos. Los tornados poderosos van acompañados de tormentas eléctricas, lluvia y tienen un gran poder destructivo.

Los tornados rara vez ocurren en regiones subpolares o ecuatoriales, donde hace frío o calor constantemente. Hay pocos tornados en mar abierto. Los tornados ocurren en Europa, Japón, Australia, Estados Unidos y en Rusia son especialmente frecuentes en la región central de la Tierra Negra, en las regiones de Moscú, Yaroslavl, Nizhny Novgorod e Ivanovo.

Los tornados levantan y mueven automóviles, casas, carruajes y puentes. En Estados Unidos se observan tornados especialmente destructivos. Cada año se producen entre 450 y 1.500 tornados, con una media de muertes de unas 100 personas. Los tornados son procesos atmosféricos catastróficos de acción rápida. Se forman en sólo 20-30 minutos y su vida útil es de 30 minutos. Por tanto, es casi imposible predecir la hora y el lugar de los tornados.

Otros vórtices atmosféricos destructivos pero duraderos son los ciclones. Se forman debido a una diferencia de presión, que bajo ciertas condiciones contribuye al surgimiento de un movimiento circular de los flujos de aire. Los vórtices atmosféricos se originan alrededor de poderosos flujos ascendentes de aire húmedo y cálido y giran a gran velocidad en el sentido de las agujas del reloj en el hemisferio sur y en el sentido contrario a las agujas del reloj en el norte. Los ciclones, a diferencia de los tornados, se originan sobre los océanos y producen sus efectos destructivos sobre los continentes. Los principales factores destructivos son los fuertes vientos, las intensas precipitaciones en forma de nevadas, aguaceros, granizo y grandes inundaciones. Los vientos con velocidades de 19 a 30 m/s forman una tormenta, de 30 a 35 m/s una tormenta y más de 35 m/s un huracán.

Los ciclones tropicales (huracanes y tifones) tienen una anchura media de varios cientos de kilómetros. La velocidad del viento dentro del ciclón alcanza la fuerza de un huracán. Los ciclones tropicales duran desde varios días hasta varias semanas y se mueven a velocidades de 50 a 200 km/h. Los ciclones de latitudes medias tienen un diámetro mayor. Sus dimensiones transversales oscilan entre mil y varios miles de kilómetros y la velocidad del viento es tormentosa. Se desplazan en el hemisferio norte desde el oeste y van acompañadas de granizo y nevadas de carácter catastrófico. En términos de número de víctimas y daños causados, los ciclones y los huracanes y tifones asociados son los mayores fenómenos atmosféricos naturales después de las inundaciones. En zonas densamente pobladas de Asia, el número de muertos por huracanes es de miles. En 1991, durante un huracán en Bangladesh, que provocó la formación de olas en el mar de 6 m de altura, murieron 125 mil personas. Los tifones causan grandes daños a los Estados Unidos. Al mismo tiempo, mueren decenas y cientos de personas. En Europa occidental, los huracanes causan menos daños.

Las tormentas eléctricas se consideran un fenómeno atmosférico catastrófico. Ocurren cuando el aire cálido y húmedo se eleva muy rápidamente. En el límite de las zonas tropicales y subtropicales, las tormentas ocurren entre 90 y 100 días al año, en la zona templada, entre 10 y 30 días. En nuestro país, el mayor número de tormentas se producen en el norte del Cáucaso.

Las tormentas suelen durar menos de una hora. Particularmente peligrosos son los aguaceros intensos, el granizo, los rayos, las ráfagas de viento y las corrientes de aire verticales. El peligro de granizo está determinado por el tamaño del granizo. En el norte del Cáucaso, la masa de granizo alcanzó una vez los 0,5 kg, y en la India se registraron granizos que pesaban 7 kg. Las zonas urbanas más peligrosas de nuestro país se encuentran en el norte del Cáucaso. En julio de 1992, el granizo dañó 18 aviones en el aeropuerto de Mineralnye Vody.

Los fenómenos atmosféricos peligrosos incluyen los rayos. Matan personas, ganado, provocan incendios y dañan la red eléctrica. Unas 10.000 personas mueren cada año en todo el mundo a causa de las tormentas y sus consecuencias. Además, en algunas zonas de África, Francia y Estados Unidos, el número de víctimas por rayos es mayor que por otros fenómenos naturales. El daño económico anual causado por las tormentas en los Estados Unidos es de al menos 700 millones de dólares.

Las sequías son típicas de las regiones desérticas, esteparias y forestales-esteparias. La falta de precipitaciones provoca la desecación del suelo, una disminución del nivel de las aguas subterráneas y de los embalses hasta su total sequedad. La deficiencia de humedad provoca la muerte de la vegetación y los cultivos. Las sequías son especialmente graves en África, el Cercano y Medio Oriente, Asia central y el sur de América del Norte.

Las sequías cambian las condiciones de vida humana y tienen un efecto adverso en el medio ambiente natural a través de procesos como la salinización del suelo, vientos secos, tormentas de polvo, erosión del suelo e incendios forestales. Los incendios son especialmente graves durante las sequías en las regiones de taiga, los bosques tropicales y subtropicales y las sabanas.

Las sequías son procesos de corta duración que duran una temporada. Cuando las sequías duran más de dos temporadas, existe la amenaza de hambruna y mortalidad masiva. Normalmente, la sequía afecta el territorio de uno o más países. Las sequías prolongadas con consecuencias trágicas ocurren con especial frecuencia en la región africana del Sahel.

Fenómenos atmosféricos como nevadas, lluvias intensas de corta duración y lluvias prolongadas y persistentes causan grandes daños. Las nevadas provocan avalanchas masivas en las montañas, y el rápido derretimiento de la nieve caída y las lluvias prolongadas provocan inundaciones. La enorme masa de agua que cae sobre la superficie terrestre, especialmente en las zonas sin árboles, provoca una grave erosión del suelo. Hay un crecimiento intensivo de los sistemas de vigas de cárcava. Las inundaciones ocurren como resultado de grandes inundaciones durante períodos de fuertes precipitaciones o aguas altas después de un calentamiento repentino o derretimiento primaveral de la nieve y, por lo tanto, son fenómenos atmosféricos en su origen (se analizan en el capítulo sobre el papel ecológico de la hidrosfera).

Cambios atmosféricos antropogénicos.

Actualmente, existen muchas fuentes antropogénicas diferentes que causan contaminación del aire y provocan graves alteraciones en el equilibrio ecológico. En términos de escala, dos fuentes tienen el mayor impacto en la atmósfera: el transporte y la industria. En promedio, el transporte representa alrededor del 60% de la cantidad total de contaminación atmosférica, la industria - 15, la energía térmica - 15, las tecnologías para la destrucción de residuos domésticos e industriales - 10%.

El transporte, según el combustible utilizado y los tipos de oxidantes, emite a la atmósfera óxidos de nitrógeno, azufre, óxidos y dióxidos de carbono, plomo y sus compuestos, hollín, benzopireno (sustancia del grupo de los hidrocarburos aromáticos policíclicos, que es un fuerte carcinógeno que causa cáncer de piel).

La industria emite a la atmósfera dióxido de azufre, óxidos y dióxidos de carbono, hidrocarburos, amoníaco, sulfuro de hidrógeno, ácido sulfúrico, fenol, cloro, flúor y otros compuestos químicos. Pero la posición dominante entre las emisiones (hasta el 85%) la ocupa el polvo.

Como resultado de la contaminación, la transparencia de la atmósfera cambia, provocando aerosoles, smog y lluvia ácida.

Los aerosoles son sistemas dispersos que consisten en partículas sólidas o gotas de líquido suspendidas en un ambiente gaseoso. El tamaño de partícula de la fase dispersa suele ser de 10 -3 -10 -7 cm Dependiendo de la composición de la fase dispersa, los aerosoles se dividen en dos grupos. Uno incluye aerosoles que consisten en partículas sólidas dispersas en un medio gaseoso, el segundo incluye aerosoles que son una mezcla de fases gaseosas y líquidas. Los primeros se llaman humos y los segundos, nieblas. En el proceso de su formación, los centros de condensación juegan un papel importante. Como núcleos de condensación actúan cenizas volcánicas, polvo cósmico, productos de emisiones industriales, diversas bacterias, etc.. El número de posibles fuentes de núcleos de concentración crece constantemente. Entonces, por ejemplo, cuando el fuego destruye la hierba seca en un área de 4000 m 2, se forma un promedio de 11 * 10 22 núcleos de aerosol.

Los aerosoles comenzaron a formarse desde el momento en que apareció nuestro planeta e influyeron en las condiciones naturales. Sin embargo, su cantidad y acciones, equilibradas con el ciclo general de las sustancias en la naturaleza, no provocaron cambios ambientales profundos. Los factores antropogénicos de su formación han desplazado este equilibrio hacia importantes sobrecargas de la biosfera. Esta característica ha sido especialmente evidente desde que la humanidad comenzó a utilizar aerosoles especialmente creados tanto en forma de sustancias tóxicas como para la protección de plantas.

Los más peligrosos para la vegetación son los aerosoles de dióxido de azufre, fluoruro de hidrógeno y nitrógeno. Cuando entran en contacto con la superficie húmeda de la hoja, forman ácidos que tienen un efecto perjudicial sobre los seres vivos. Las nieblas ácidas entran junto con el aire inhalado en los órganos respiratorios de animales y humanos y tienen un efecto agresivo sobre las membranas mucosas. Algunos de ellos descomponen el tejido vivo y los aerosoles radiactivos provocan cáncer. Entre los isótopos radiactivos, el Sg 90 es especialmente peligroso no sólo por su carácter cancerígeno, sino también como análogo del calcio, reemplazándolo en los huesos de los organismos y provocando su descomposición.

Durante las explosiones nucleares, se forman nubes de aerosoles radiactivos en la atmósfera. Las partículas pequeñas con un radio de 1 a 10 micrones caen no solo en las capas superiores de la troposfera, sino también en la estratosfera, donde pueden permanecer durante mucho tiempo. Las nubes de aerosol también se forman durante el funcionamiento de reactores en instalaciones industriales que producen combustible nuclear, así como como resultado de accidentes en centrales nucleares.

El smog es una mezcla de aerosoles con fases dispersas líquidas y sólidas, que forman una cortina de niebla sobre zonas industriales y grandes ciudades.

Hay tres tipos de smog: helado, húmedo y seco. El smog del hielo se llama smog de Alaska. Se trata de una combinación de contaminantes gaseosos con la adición de partículas de polvo y cristales de hielo que se producen cuando se congelan las gotas de niebla y vapor de los sistemas de calefacción.

El smog húmedo, o smog tipo Londres, a veces se denomina smog invernal. Es una mezcla de contaminantes gaseosos (principalmente dióxido de azufre), partículas de polvo y gotas de niebla. El requisito meteorológico previo para la aparición del smog invernal es un clima sin viento, en el que una capa de aire cálido se encuentra sobre la capa de aire frío del suelo (por debajo de 700 m). En este caso, no sólo hay intercambio horizontal, sino también vertical. Los contaminantes, normalmente dispersos en capas altas, se acumulan en este caso en la capa superficial.

El smog seco ocurre durante el verano y a menudo se le llama smog tipo Los Ángeles. Es una mezcla de ozono, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y vapores ácidos. Este smog se forma como resultado de la descomposición de contaminantes por la radiación solar, especialmente su parte ultravioleta. El prerrequisito meteorológico es la inversión atmosférica, expresada en la aparición de una capa de aire frío sobre el aire caliente. Normalmente, los gases y las partículas sólidas levantadas por las corrientes de aire caliente se dispersan luego en las capas frías superiores, pero en este caso se acumulan en la capa de inversión. En el proceso de fotólisis, los dióxidos de nitrógeno formados durante la combustión de combustible en los motores de los automóviles se descomponen:

NO 2 → NO + O

Entonces se produce la síntesis de ozono:

O + O 2 + M → O 3 + M

NO + O → NO 2

Los procesos de fotodisociación van acompañados de un brillo amarillo verdoso.

Además, se producen reacciones del tipo: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, es decir, se forma ácido sulfúrico fuerte.

Con un cambio de las condiciones meteorológicas (aparición de viento o cambio de humedad), el aire frío se disipa y el smog desaparece.

La presencia de sustancias cancerígenas en el smog provoca problemas respiratorios, irritación de las mucosas, trastornos circulatorios, asfixia asmática y, a menudo, la muerte. El smog es especialmente peligroso para los niños pequeños.

La lluvia ácida es una precipitación atmosférica acidificada por las emisiones industriales de óxidos de azufre, nitrógeno y vapores de ácido perclórico y cloro disueltos en ellos. En el proceso de combustión de carbón y gas, la mayor parte del azufre que contiene, tanto en forma de óxido como en compuestos con hierro, en particular en pirita, pirrotita, calcopirita, etc., se convierte en óxido de azufre, que, junto con con dióxido de carbono, se emite a la atmósfera. Cuando el nitrógeno atmosférico y las emisiones técnicas se combinan con el oxígeno, se forman diversos óxidos de nitrógeno y el volumen de óxidos de nitrógeno formados depende de la temperatura de combustión. La mayor parte de los óxidos de nitrógeno se produce durante el funcionamiento de vehículos y locomotoras diésel, y una porción más pequeña se produce en el sector energético y en las empresas industriales. Los óxidos de azufre y nitrógeno son los principales formadores de ácido. Al reaccionar con el oxígeno atmosférico y el vapor de agua que contiene, se forman ácidos sulfúrico y nítrico.

Se sabe que el equilibrio alcalino-ácido del medio ambiente está determinado por el valor del pH. Un ambiente neutro tiene un valor de pH de 7, un ambiente ácido tiene un valor de pH de 0 y un ambiente alcalino tiene un valor de pH de 14. En la era moderna, el valor de pH del agua de lluvia es 5,6, aunque en el pasado reciente era neutral. Una disminución del valor del pH en uno corresponde a un aumento de la acidez diez veces mayor y, por lo tanto, en la actualidad, las lluvias con mayor acidez caen en casi todas partes. La acidez máxima de las lluvias registrada en Europa occidental fue de 4-3,5 pH. Hay que tener en cuenta que un valor de pH de 4-4,5 es letal para la mayoría de los peces.

La lluvia ácida tiene un efecto agresivo sobre la vegetación de la Tierra, sobre los edificios industriales y residenciales y contribuye a una aceleración significativa de la erosión de las rocas expuestas. El aumento de la acidez impide la autorregulación de la neutralización de los suelos en los que se disuelven los nutrientes. A su vez, esto conduce a una fuerte disminución del rendimiento y provoca la degradación de la cubierta vegetal. La acidez del suelo promueve la liberación de suelos pesados ​​adheridos, que son absorbidos gradualmente por las plantas, causando graves daños a los tejidos y penetrando en la cadena alimentaria humana.

Un cambio en el potencial ácido alcalino de las aguas marinas, especialmente en aguas poco profundas, provoca el cese de la reproducción de muchos invertebrados, provoca la muerte de peces y altera el equilibrio ecológico en los océanos.

Como consecuencia de la lluvia ácida, los bosques de Europa occidental, los países bálticos, Karelia, los Urales, Siberia y Canadá corren peligro de destrucción.

La estructura y composición de la atmósfera terrestre, hay que decirlo, no siempre fueron valores constantes en uno u otro período del desarrollo de nuestro planeta. Hoy en día, la estructura vertical de este elemento, que tiene un “espesor” total de 1,5 a 2,0 mil km, está representada por varias capas principales, entre las que se incluyen:

1. Troposfera.
2. Tropopausa.
3. Estratosfera.
4. Estratopausa.
5. Mesosfera y mesopausia.
6. Termosfera.
7. Exosfera.

Elementos básicos de la atmósfera.

La troposfera es una capa en la que se observan fuertes movimientos verticales y horizontales, es aquí donde se forman el tiempo, los fenómenos sedimentarios y las condiciones climáticas. Se extiende entre 7 y 8 kilómetros desde la superficie del planeta en casi todas partes, a excepción de las regiones polares (allí hasta 15 km). En la troposfera se produce un descenso gradual de la temperatura, aproximadamente 6,4 ° C con cada kilómetro de altitud. Este indicador puede diferir según diferentes latitudes y estaciones.

La composición de la atmósfera terrestre en esta parte está representada por los siguientes elementos y sus porcentajes:

Nitrógeno: alrededor del 78 por ciento;

Oxígeno: casi el 21 por ciento;

Argón: alrededor del uno por ciento;

Dióxido de carbono: menos del 0,05%.

Composición única hasta una altitud de 90 kilómetros.

Además, aquí se pueden encontrar polvo, gotas de agua, vapor de agua, productos de combustión, cristales de hielo, sales marinas, muchas partículas de aerosoles, etc. Esta composición de la atmósfera terrestre se observa hasta aproximadamente noventa kilómetros de altitud, por lo que el aire es aproximadamente igual en composición química, no solo en la troposfera, sino también en las capas suprayacentes. Pero allí la atmósfera tiene propiedades físicas fundamentalmente diferentes. La capa que tiene una composición química general se llama homósfera.

¿Qué otros elementos forman la atmósfera terrestre? En porcentaje (en volumen, en aire seco) gases como criptón (aproximadamente 1,14 x 10 -4), xenón (8,7 x 10 -7), hidrógeno (5,0 x 10 -5), metano (aproximadamente 1,7 x 10 -5) están representados aquí. 4), óxido nitroso (5,0 x 10 -5), etc. Como porcentaje en masa, la mayoría de los componentes enumerados son óxido nitroso e hidrógeno, seguidos por helio, criptón, etc.

Propiedades físicas de diferentes capas atmosféricas.

Las propiedades físicas de la troposfera están estrechamente relacionadas con su proximidad a la superficie del planeta. Desde aquí, el calor solar reflejado en forma de rayos infrarrojos se dirige hacia arriba, implicando procesos de conducción y convección. Por eso la temperatura desciende con la distancia a la superficie terrestre. Este fenómeno se observa hasta la altura de la estratosfera (11-17 kilómetros), luego la temperatura casi no cambia hasta los 34-35 km, y luego la temperatura vuelve a subir a altitudes de 50 kilómetros (el límite superior de la estratosfera). . Entre la estratosfera y la troposfera hay una delgada capa intermedia de la tropopausa (hasta 1-2 km), donde se observan temperaturas constantes por encima del ecuador, alrededor de menos 70 ° C y menos. Por encima de los polos, la tropopausa se “calienta” en verano hasta -45°C; en invierno, las temperaturas fluctúan aquí alrededor de -65°C.

La composición gaseosa de la atmósfera terrestre incluye un elemento tan importante como el ozono. En la superficie hay relativamente poco (diez elevado a menos la sexta potencia del uno por ciento), ya que el gas se forma bajo la influencia de la luz solar a partir del oxígeno atómico en las partes superiores de la atmósfera. En particular, la mayor parte del ozono se encuentra a una altitud de unos 25 km, y toda la "pantalla de ozono" se encuentra en áreas de 7 a 8 km en los polos, desde 18 km en el ecuador y hasta cincuenta kilómetros en total por encima del superficie del planeta.

La atmósfera protege de la radiación solar.

La composición del aire en la atmósfera terrestre juega un papel muy importante en la preservación de la vida, ya que los elementos y composiciones químicos individuales limitan con éxito el acceso de la radiación solar a la superficie terrestre y a las personas, animales y plantas que viven en ella. Por ejemplo, las moléculas de vapor de agua absorben eficazmente casi todos los rangos de radiación infrarroja, a excepción de longitudes en el rango de 8 a 13 micrones. El ozono absorbe la radiación ultravioleta hasta una longitud de onda de 3100 A. Sin su fina capa (sólo 3 mm de media si se coloca en la superficie del planeta), sólo el agua a más de 10 metros de profundidad y las cuevas subterráneas donde no llega la radiación solar. alcance puede ser habitado. .

Cero Celsius en la estratopausa

Entre los dos niveles siguientes de la atmósfera, la estratosfera y la mesosfera, hay una capa notable: la estratopausa. Corresponde aproximadamente al máximo de ozono y la temperatura aquí es relativamente cómoda para los humanos: alrededor de 0°C. Por encima de la estratopausa, en la mesosfera (comienza a una altitud de 50 km y termina a una altitud de 80-90 km), se observa nuevamente una caída de la temperatura al aumentar la distancia desde la superficie de la Tierra (a menos 70-80 ° C). ). Los meteoros suelen quemarse por completo en la mesosfera.

En la termosfera, ¡más 2000 K!

La composición química de la atmósfera terrestre en la termosfera (comienza después de la mesopausa en altitudes de aproximadamente 85-90 a 800 km) determina la posibilidad de que se produzca un fenómeno como el calentamiento gradual de capas de "aire" muy enrarecido bajo la influencia de la radiación solar. . En esta parte de la “manta de aire” del planeta, las temperaturas oscilan entre 200 y 2000 K, que se obtienen debido a la ionización del oxígeno (el oxígeno atómico se encuentra por encima de los 300 km), así como a la recombinación de átomos de oxígeno en moléculas. , acompañado de la liberación de una gran cantidad de calor. La termosfera es donde ocurren las auroras.

Por encima de la termosfera se encuentra la exosfera, la capa exterior de la atmósfera, desde la cual los átomos de hidrógeno ligeros y que se mueven rápidamente pueden escapar al espacio exterior. La composición química de la atmósfera terrestre aquí está representada principalmente por átomos de oxígeno individuales en las capas inferiores, átomos de helio en las capas intermedias y casi exclusivamente átomos de hidrógeno en las capas superiores. Aquí prevalecen altas temperaturas, alrededor de 3000 K y no hay presión atmosférica.

¿Cómo se formó la atmósfera terrestre?

Pero, como se mencionó anteriormente, el planeta no siempre tuvo tal composición atmosférica. En total, existen tres conceptos sobre el origen de este elemento. La primera hipótesis sugiere que la atmósfera fue absorbida mediante el proceso de acreción de una nube protoplanetaria. Sin embargo, hoy en día esta teoría está sujeta a importantes críticas, ya que una atmósfera tan primaria debería haber sido destruida por el “viento” solar de una estrella de nuestro sistema planetario. Además, se supone que los elementos volátiles no pudieron retenerse en la zona de formación de los planetas terrestres debido a temperaturas demasiado altas.

La composición de la atmósfera primaria de la Tierra, como sugiere la segunda hipótesis, podría haberse formado debido al bombardeo activo de la superficie por asteroides y cometas que llegaron desde las proximidades del sistema solar en las primeras etapas de su desarrollo. Es bastante difícil confirmar o refutar este concepto.

Experimento en IDG RAS

La más plausible parece ser la tercera hipótesis, según la cual la atmósfera apareció como resultado de la liberación de gases del manto de la corteza terrestre hace aproximadamente 4 mil millones de años. Este concepto fue probado en el Instituto de Geografía de la Academia de Ciencias de Rusia durante un experimento llamado “Tsarev 2”, cuando se calentó en el vacío una muestra de una sustancia de origen meteórico. Luego se registró la liberación de gases como H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2, etc. Por lo tanto, los científicos asumieron correctamente que la composición química de la atmósfera primaria de la Tierra incluía agua y dióxido de carbono, fluoruro de hidrógeno ( HF), monóxido de carbono (CO), sulfuro de hidrógeno (H 2 S), compuestos de nitrógeno, hidrógeno, metano (CH 4), vapor de amoníaco (NH 3), argón, etc. En la formación participó el vapor de agua de la atmósfera primaria. Durante la hidrosfera, el dióxido de carbono se encontraba en mayor medida ligado a sustancias orgánicas y rocas, el nitrógeno pasó a formar parte del aire moderno y también nuevamente a rocas sedimentarias y sustancias orgánicas.

La composición de la atmósfera primaria de la Tierra no permitiría que la gente moderna estuviera en ella sin aparatos respiratorios, ya que entonces no había oxígeno en las cantidades necesarias. Este elemento apareció en cantidades significativas hace mil quinientos millones de años, lo que se cree que está relacionado con el desarrollo del proceso de fotosíntesis en las algas verdiazules y otras, que son los habitantes más antiguos de nuestro planeta.

Oxígeno mínimo

El hecho de que la composición de la atmósfera terrestre inicialmente estuviera casi libre de oxígeno lo indica el hecho de que en las rocas más antiguas (catárqueas) se encuentra grafito (carbono) que se oxida fácilmente, pero no se oxida. Posteriormente aparecieron los llamados minerales de hierro en bandas, que incluían capas de óxidos de hierro enriquecidos, lo que significa la aparición en el planeta de una poderosa fuente de oxígeno en forma molecular. Pero estos elementos se encontraron sólo periódicamente (quizás las mismas algas u otros productores de oxígeno aparecieron en pequeñas islas en un desierto sin oxígeno), mientras que el resto del mundo era anaeróbico. Esto último está respaldado por el hecho de que se encontró pirita fácilmente oxidada en forma de guijarros procesados ​​​​por flujo sin rastros de reacciones químicas. Dado que las aguas que fluyen no pueden airearse mal, se ha desarrollado la opinión de que la atmósfera antes del Cámbrico contenía menos del uno por ciento de la composición de oxígeno actual.

Cambio revolucionario en la composición del aire.

Aproximadamente a mediados del Proterozoico (hace 1.800 millones de años), se produjo una "revolución del oxígeno", cuando el mundo cambió a la respiración aeróbica, durante la cual se pueden obtener 38 de una molécula de un nutriente (glucosa), y no de dos (como ocurre con respiración anaeróbica) unidades de energía. La composición de la atmósfera terrestre, en términos de oxígeno, comenzó a superar el uno por ciento de lo que es hoy, y comenzó a aparecer una capa de ozono que protege a los organismos de la radiación. De ella, por ejemplo, animales tan antiguos como los trilobites se "escondían" bajo gruesas conchas. Desde entonces hasta nuestros días, el contenido del principal elemento "respiratorio" aumentó gradual y lentamente, asegurando la diversidad del desarrollo de las formas de vida en el planeta.

Un cambio en la composición de la atmósfera conduce a un impacto en el régimen de radiación de la atmósfera; este es el principal mecanismo de influencia antropogénica en el sistema climático global en el nivel actual y esperado de desarrollo industrial en las próximas décadas.

Contribución de los gases atmosféricos de efecto invernadero (ver. Efecto invernadero) constituye la mayor parte de este impacto. El efecto de las concentraciones de gases de efecto invernadero sobre la temperatura está determinado por la absorción de la radiación de onda larga procedente de la Tierra y, en consecuencia, por la disminución de la radiación efectiva en la superficie terrestre. En este caso, las temperaturas máximas aumentan y la temperatura de las capas superiores de la atmósfera disminuye debido a las grandes pérdidas de radiación. Este efecto se ve potenciado por dos circunstancias:

1) un aumento de la cantidad de vapor de agua en la atmósfera durante el calentamiento, que también bloquea la radiación de onda larga;

2) retirada del hielo polar durante el calentamiento, que reduce el albedo de la Tierra en latitudes relativamente altas.

Todos los gases de efecto invernadero de larga vida y el ozono proporcionan un forzamiento radiativo positivo (2,9 ± 0,3 W/m2). El impacto radiológico total de los factores antropogénicos asociados con los cambios en la concentración de todos los gases de efecto invernadero y aerosoles es de 1,6 (de 0,6 a 2,4) W/m2. Todos los tipos de aerosoles crean un efecto de radiación directa e indirectamente al cambiar el albedo de las nubes. El impacto total de los aerosoles es negativo (–1,3 ± 0,8 W/m2). Sin embargo, la confiabilidad de estas estimaciones es mucho menor que las obtenidas para los gases de efecto invernadero (Informe de evaluación, 2008).

Gases de efecto invernadero en la atmósfera que se ven afectados significativamente por las actividades económicas:

– dióxido de carbono(CO2) es el gas de efecto invernadero más importante en términos de control climático. Durante los últimos 250 años, se ha producido un aumento sin precedentes de su concentración en la atmósfera del 35%. En 2005 ascendió a 379 millones –1;

– metano(CH 4) es el segundo gas de efecto invernadero más importante después del CO 2 ; su concentración aumentó 2,5 veces en comparación con el período preindustrial y ascendió a 1.774 ppb en 2005;

– Óxido nitroso(N2O), su concentración aumentó un 18% en 2005 en comparación con el período preindustrial y ascendió a 319 mil millones –1; Actualmente, aproximadamente el 40% de la cantidad de N 2 O que ingresa a la atmósfera se debe a actividades económicas (fertilizantes, ganadería, industria química).

En arroz. 4.7 Se presenta el curso temporal de la concentración de dióxido de carbono ( A), metano ( b) y óxido nitroso ( V) en la atmósfera y sus cambios durante los últimos 10.000 años y desde 1750. El curso temporal se obtuvo a partir de mediciones en depósitos de hielo de varios investigadores y mediciones en la atmósfera. La figura muestra claramente el aumento progresivo del CO 2 y otros gases durante la era industrial.

Según el Cuarto Informe de Evaluación del IPCC (2007), durante la era industrial se produce un aumento significativo de las concentraciones atmosféricas de gases climáticos activos. Así, durante los últimos 250 años, las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono (CO 2) han aumentado de 280 a 379 ppm (partes por millón por unidad de volumen). La concentración actual de gases de efecto invernadero en la atmósfera, según lo determinado por el análisis de las burbujas de aire de los núcleos de hielo que preservaron la composición de la antigua atmósfera de la Antártida, es mucho mayor que en cualquier otro momento de los últimos 10 mil años. Las concentraciones globales de metano en la atmósfera han aumentado de 715 a 1.774 ppb (partes por mil millones por unidad de volumen) durante la era industrial. El aumento más espectacular de las concentraciones de gases de efecto invernadero se ha observado en las últimas décadas, lo que ha provocado el calentamiento de la atmósfera.

Entonces el proceso calentamiento climático moderno ocurre en el contexto de la sostenibilidad aumento de las concentraciones de gases de efecto invernadero, y en primer lugar, dióxido de carbono (CO 2). Así, según datos de 1999, las emisiones de CO 2 debidas a la actividad humana, procedente de la quema de combustibles fósiles, alcanzaron en 1996 6.200 millones de toneladas, casi cuatro veces más que en 1950. De 1750 a 2000, la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera aumentó en un 31% (Perevedentsev Yu.P., 2009).

El curso temporal de la concentración de CO 2 en la estación rusa Teriberka (Figura 4.8) muestra que la tasa promedio de crecimiento de CO 2 durante 20 años fue de 1,7 millones –1 por año con importantes fluctuaciones estacionales equivalentes a 15÷20 millones –1.

Arroz. 2.8. Evolución temporal de la concentración de CO 2 en la atmósfera en la estación Teriberka (península de Kola) durante el período de observación desde 1988. Los puntos y las líneas muestran mediciones individuales ( 1 ), variación estacional suavizada ( 2 ) y tendencia a largo plazo ( 3 ) CO 2 Concentración de CO 2, ppm (OD, 2008)

El mecanismo del efecto invernadero se explica por la diferencia en la capacidad de absorción de la atmósfera de la radiación solar que llega a la Tierra y la radiación que sale de la Tierra. La Tierra recibe radiación del Sol en una amplia banda del espectro con una longitud de onda promedio de aproximadamente 0,5 micrones, y esta radiación de onda corta casi atraviesa la atmósfera. La Tierra emite la energía recibida casi como un cuerpo completamente negro en el rango infrarrojo de onda larga, con una longitud de onda media de unas 10 micras. En este rango, muchos gases (CO 2, CH 4, H 2 O, etc.) tienen numerosas bandas de absorción; estos gases absorben radiación, por lo que liberan calor y, en su mayor parte, calientan la atmósfera. El dióxido de carbono absorbe intensamente la radiación procedente de la Tierra en el rango de 12 a 18 micrones y es uno de los principales factores que provocan el efecto invernadero (Perevedentsev Yu.P., 2009).

Calentamiento climático moderno. Todos reconocen que el clima moderno está cambiando, ya que tanto las mediciones instrumentales como los indicadores naturales indican una cosa: en las últimas décadas se ha producido un calentamiento significativo del clima del planeta. Durante el último siglo (1906-2005), una red meteorológica terrestre ha registrado un aumento significativo de la temperatura global media en la superficie de la Tierra de 0,74 °C. Surgen desacuerdos cuando se discuten las causas del calentamiento. En el Cuarto Informe de Evaluación, los expertos del IPCC (2007) extraen conclusiones sobre las causas del calentamiento observado: la probabilidad de que el cambio climático en los últimos 50 años se haya producido sin influencia externa (antropógena) se evalúa como extremadamente baja (<5%). С высокой степенью вероятности (>90%) afirma que los cambios observados en los últimos 50 años se deben no sólo a influencias naturales, sino también externas. Con >90% de confianza, el informe afirma que las crecientes concentraciones de gases de efecto invernadero antropogénicos son responsables de la mayor parte del calentamiento global desde mediados del siglo XX.

Hay otras opiniones sobre las causas del calentamiento: un factor interno, la variabilidad natural que provoca fluctuaciones de temperatura, tanto en la dirección del calentamiento como del enfriamiento. Así, en el trabajo (Datsenko N.M., Monin A.S., Sonechkin D.M., 2004), los partidarios de este concepto indican que el período de aumento más intenso de la temperatura global del siglo XX (años 90) cae en la rama ascendente de los años 60. fluctuaciones de verano, identificadas por ellos en los índices que caracterizan el estado térmico y de circulación de la atmósfera. Al mismo tiempo, se sugiere que las fluctuaciones climáticas modernas son consecuencia de reacciones no lineales del sistema climático a influencias externas cuasi periódicas (ciclos de mareas lunares y actividad solar, ciclos de revolución de los planetas más grandes del sistema solar). alrededor de un centro común, etc.) (Perevedentsev Yu.P. ., 2009).

Por primera vez, S.E. Suess a principios de los años 50 del siglo XX. Basándose en los cambios en la proporción de carbono en los anillos de los árboles, Suess concluyó que el dióxido de carbono atmosférico se ha repuesto con emisiones de CO 2 procedentes de la quema de combustibles fósiles desde la segunda mitad del siglo XIX. Descubrió que la proporción entre el C 14 radiactivo, que se forma constantemente en la atmósfera debido a la acción de partículas cósmicas, y el C 12 estable ha ido disminuyendo en los últimos cien años como resultado de la "dilución" del CO 2 atmosférico por el flujo. de CO 2 procedente de combustibles fósiles, que prácticamente no contienen C (la vida media del C 14 es igual a 5.730 años). Así, a partir de mediciones en los anillos de los árboles se detectó un aumento de las emisiones industriales de CO 2 a la atmósfera. No fue hasta 1958 que se comenzaron a registrar las concentraciones atmosféricas de CO 2 en la estación de Mauna Loa en el Océano Pacífico.

Arroz. 4.7. Curso temporal de la concentración de dióxido de carbono ( A), metano ( b) y óxido nitroso ( V) en la atmósfera y sus cambios durante los últimos 10.000 años (panel grande) y desde 1750 (panel más pequeño insertado en él). Resultados de mediciones en depósitos de hielo (símbolos de diferentes colores y configuraciones) de varios investigadores y mediciones en la atmósfera (curva roja). La escala de evaluaciones correspondiente a las concentraciones medidas de impactos de radiación se muestra en los grandes paneles del lado derecho (Informe de evaluación sobre el cambio climático y sus consecuencias en el territorio de la Federación de Rusia (AR), 2008)

atmósfera terrestre

Atmósfera(de. griego antiguoἀτμός - vapor y σφαῖρα - bola) - gas caparazón ( geosfera), rodeando el planeta Tierra. Su superficie interior cubre hidrosfera y parcialmente ladrar, el exterior limita con la parte cercana a la Tierra del espacio exterior.

Al conjunto de ramas de la física y la química que estudian la atmósfera se le suele llamar física atmosférica. La atmósfera determina clima en la superficie de la Tierra, estudiando el clima. meteorología y variaciones a largo plazo clima - climatología.

La estructura de la atmósfera.

La estructura de la atmósfera.

Troposfera

Su límite superior está a una altitud de 8 a 10 km en latitudes polares, de 10 a 12 km en templadas y de 16 a 18 km en latitudes tropicales; menor en invierno que en verano. La capa principal e inferior de la atmósfera. Contiene más del 80% de la masa total de aire atmosférico y aproximadamente el 90% de todo el vapor de agua presente en la atmósfera. En la troposfera están muy desarrollados. turbulencia Y convección, surgir nubes, se están desarrollando ciclones Y anticiclones. La temperatura disminuye al aumentar la altitud con la vertical promedio. degradado 0,65°/100m

Se aceptan como “condiciones normales” en la superficie de la Tierra: densidad de 1,2 kg/m3, presión barométrica de 101,35 kPa, temperatura de más de 20 °C y humedad relativa del 50%. Estos indicadores condicionales tienen un significado puramente técnico.

Estratosfera

Capa de la atmósfera ubicada a una altitud de 11 a 50 km. Se caracteriza por un ligero cambio de temperatura en la capa de 11 a 25 km (capa inferior de la estratosfera) y un aumento en la capa de 25 a 40 km de −56,5 a 0,8 ° CON(capa superior de la estratosfera o región inversiones). Habiendo alcanzado un valor de unos 273 K (casi 0 °C) a una altitud de unos 40 km, la temperatura permanece constante hasta una altitud de unos 55 km. Esta región de temperatura constante se llama estratopausa y es el límite entre la estratosfera y mesosfera.

estratopausa

La capa límite de la atmósfera entre la estratosfera y la mesosfera. En la distribución vertical de la temperatura hay un máximo (aproximadamente 0 °C).

mesosfera

atmósfera terrestre

mesosfera Comienza a una altitud de 50 km y se extiende hasta 80-90 km. La temperatura disminuye con la altura con un gradiente vertical promedio de (0,25-0,3)°/100 m. El principal proceso energético es la transferencia de calor radiante. Procesos fotoquímicos complejos que involucran radicales libres, moléculas excitadas por vibración, etc., provocan el brillo de la atmósfera.

mesopausia

Capa de transición entre la mesosfera y la termosfera. En la distribución vertical de la temperatura hay un mínimo (alrededor de -90 °C).

Línea Karmán

La altura sobre el nivel del mar, que convencionalmente se acepta como el límite entre la atmósfera terrestre y el espacio.

termosfera

articulo principal: termosfera

El límite superior es de unos 800 km. La temperatura aumenta a altitudes de 200-300 km, donde alcanza valores del orden de 1500 K, después de lo cual permanece casi constante en altitudes elevadas. Bajo la influencia de la radiación solar ultravioleta y de rayos X y la radiación cósmica, se produce la ionización del aire (" auroras") - áreas principales ionosfera se encuentran dentro de la termosfera. En altitudes superiores a los 300 km predomina el oxígeno atómico.

Capas atmosféricas hasta una altitud de 120 km.

Exosfera (esfera de dispersión)

Exosfera- zona de dispersión, la parte exterior de la termosfera, situada por encima de los 700 km. El gas de la exosfera está muy enrarecido y desde aquí sus partículas se filtran al espacio interplanetario ( disipación).

Hasta una altitud de 100 km, la atmósfera es una mezcla de gases homogénea y bien mezclada. En las capas superiores, la distribución de los gases por altura depende de sus pesos moleculares; la concentración de gases más pesados ​​disminuye más rápidamente con la distancia a la superficie de la Tierra. Debido a la disminución de la densidad del gas, la temperatura desciende de 0 °C en la estratosfera a -110 °C en la mesosfera. Sin embargo, la energía cinética de las partículas individuales a altitudes de 200 a 250 km corresponde a una temperatura de ~1500 °C. Por encima de los 200 km se observan importantes fluctuaciones de temperatura y densidad de gas en el tiempo y el espacio.

A una altitud de unos 2000-3000 km, la exosfera se convierte gradualmente en la llamada vacío casi espacial, que está lleno de partículas muy enrarecidas de gas interplanetario, principalmente átomos de hidrógeno. Pero este gas representa sólo una parte de la materia interplanetaria. La otra parte está formada por partículas de polvo de origen cometario y meteórico. Además de las partículas de polvo extremadamente enrarecidas, en este espacio penetra radiación electromagnética y corpuscular de origen solar y galáctico.

La troposfera representa aproximadamente el 80% de la masa de la atmósfera, la estratosfera, aproximadamente el 20%; la masa de la mesosfera no supera el 0,3%, la termosfera es menos del 0,05% de la masa total de la atmósfera. Según las propiedades eléctricas de la atmósfera, se distinguen la neutronosfera y la ionosfera. Actualmente se cree que la atmósfera se extiende hasta una altitud de 2000-3000 km.

Dependiendo de la composición del gas en la atmósfera, emiten homosfera Y heterosfera. heterosfera - Esta es la zona donde la gravedad afecta la separación de los gases, ya que su mezcla a tal altitud es insignificante. Esto implica una composición variable de la heterosfera. Debajo se encuentra una parte homogénea y bien mezclada de la atmósfera, llamada homosfera. El límite entre estas capas se llama pausa turbo, se encuentra a una altitud de unos 120 km.

Propiedades físicas

El espesor de la atmósfera está aproximadamente a 2000 - 3000 km de la superficie de la Tierra. Masa total aire- (5,1-5,3)×10 18 kg. Masa molar el aire limpio y seco es 28.966. Presión a 0 °C al nivel del mar 101.325 kPa; temperatura crítica?140,7°C; presión crítica 3,7 MPa; C pag 1,0048×10 3 J/(kg·K) (a 0 °C), C v 0,7159×10 3 J/(kg K) (a 0 °C). La solubilidad del aire en agua a 0 °C es del 0,036%, a 25 °C es del 0,22%.

Propiedades fisiológicas y de otro tipo de la atmósfera.

Ya a una altitud de 5 km sobre el nivel del mar, una persona no entrenada se desarrolla falta de oxígeno y sin adaptación, el desempeño de una persona se reduce significativamente. Aquí termina la zona fisiológica de la atmósfera. La respiración humana se vuelve imposible a una altitud de 15 km, aunque hasta aproximadamente 115 km la atmósfera contiene oxígeno.

La atmósfera nos proporciona el oxígeno necesario para respirar. Sin embargo, debido a la caída de la presión total de la atmósfera, a medida que se asciende en altitud, la presión parcial de oxígeno disminuye en consecuencia.

Los pulmones humanos contienen constantemente unos 3 litros de aire alveolar. Presión parcial El oxígeno en el aire alveolar a presión atmosférica normal es de 110 mm Hg. Art., Presión de dióxido de carbono - 40 mm Hg. Art., Y vapor de agua - 47 mm Hg. Arte. A medida que aumenta la altitud, la presión de oxígeno disminuye y la presión de vapor total de agua y dióxido de carbono en los pulmones permanece casi constante: alrededor de 87 mm Hg. Arte. El suministro de oxígeno a los pulmones se detendrá por completo cuando la presión del aire ambiente sea igual a este valor.

A una altitud de unos 19-20 km, la presión atmosférica desciende a 47 mm Hg. Arte. Por tanto, a esta altitud, el agua y el líquido intersticial comienzan a hervir en el cuerpo humano. Fuera de la cabina presurizada a estas altitudes, la muerte ocurre casi instantáneamente. Así, desde el punto de vista de la fisiología humana, el “espacio” comienza ya a una altitud de 15 a 19 km.

Las densas capas de aire (la troposfera y la estratosfera) nos protegen de los efectos dañinos de la radiación. Con suficiente enrarecimiento del aire, a altitudes de más de 36 km, los agentes ionizantes tienen un efecto intenso en el cuerpo. radiación- rayos cósmicos primarios; A altitudes de más de 40 km, la parte ultravioleta del espectro solar es peligrosa para los humanos.

A medida que nos elevamos a una altura cada vez mayor sobre la superficie de la Tierra, en las capas inferiores de la atmósfera se observan fenómenos tan familiares como la propagación del sonido, la aparición de fenómenos aerodinámicos elevar y resistencia, transferencia de calor convección y etc.

En capas enrarecidas de aire, distribución. sonido resulta imposible. Hasta altitudes de 60 a 90 km, todavía es posible utilizar la resistencia del aire y la sustentación para un vuelo aerodinámico controlado. Pero a partir de altitudes de 100 a 130 km, conceptos familiares para todo piloto números M Y barrera del sonido pierden su significado, hay un condicional Línea Karmán más allá comienza la esfera del vuelo puramente balístico, que sólo puede controlarse mediante fuerzas reactivas.

En altitudes superiores a los 100 km, la atmósfera carece de otra propiedad notable: la capacidad de absorber, conducir y transmitir energía térmica por convección (es decir, mezclando aire). Esto significa que varios elementos del equipamiento de la estación espacial orbital no podrán enfriarse desde el exterior del mismo modo que se hace habitualmente en un avión, con ayuda de chorros de aire y radiadores de aire. A tal altura, como en el espacio en general, la única forma de transferir calor es Radiación termal.

Composición atmosférica

Composición del aire seco.

La atmósfera terrestre se compone principalmente de gases y diversas impurezas (polvo, gotas de agua, cristales de hielo, sales marinas, productos de combustión).

La concentración de gases que componen la atmósfera es casi constante, a excepción del agua (H 2 O) y el dióxido de carbono (CO 2).

Composición del aire seco.
Nitrógeno
Oxígeno
Argón
Agua
Dióxido de carbono
Neón
Helio
Metano
Criptón
Hidrógeno
Xenón
Óxido nitroso

Además de los gases indicados en la tabla, la atmósfera contiene SO 2, NH 3, CO, ozono, hidrocarburos, HCl, frecuencia cardíaca, parejas Hg, yo 2 , y también NO y muchos otros gases en pequeñas cantidades. La troposfera contiene constantemente una gran cantidad de partículas sólidas y líquidas en suspensión ( aerosol).

Historia de la formación atmosférica.

Según la teoría más común, la atmósfera terrestre ha tenido cuatro composiciones diferentes a lo largo del tiempo. Inicialmente estaba formado por gases ligeros ( hidrógeno Y helio), capturado desde el espacio interplanetario. Este es el llamado atmósfera primaria(hace unos cuatro mil millones de años). En la siguiente etapa, la actividad volcánica activa provocó la saturación de la atmósfera con gases distintos del hidrógeno (dióxido de carbono, amoníaco, vapor de agua). Así se formó atmósfera secundaria(unos tres mil millones de años antes de la actualidad). Esta atmósfera fue reconfortante. Además, el proceso de formación de la atmósfera estuvo determinado por los siguientes factores:

fuga de gases ligeros (hidrógeno y helio) hacia espacio interplanetario;

reacciones químicas que ocurren en la atmósfera bajo la influencia de la radiación ultravioleta, descargas de rayos y algunos otros factores.

Poco a poco estos factores condujeron a la formación atmósfera terciaria, caracterizado por un contenido mucho menor de hidrógeno y un contenido mucho mayor de nitrógeno y dióxido de carbono (formado como resultado de reacciones químicas a partir de amoníaco e hidrocarburos).

Nitrógeno

La formación de una gran cantidad de N 2 se debe a la oxidación de la atmósfera de amoníaco-hidrógeno por el O 2 molecular, que comenzó a emerger de la superficie del planeta como resultado de la fotosíntesis, que comenzó hace 3 mil millones de años. El N2 también se libera a la atmósfera como resultado de la desnitrificación de nitratos y otros compuestos que contienen nitrógeno. El ozono oxida el nitrógeno a NO en la atmósfera superior.

El nitrógeno N 2 reacciona solo en condiciones específicas (por ejemplo, durante la descarga de un rayo). La oxidación del nitrógeno molecular por el ozono durante las descargas eléctricas se utiliza en la producción industrial de fertilizantes nitrogenados. Pueden oxidarlo con un bajo consumo de energía y convertirlo en una forma biológicamente activa. cianobacterias (algas verdiazules) y bacterias nódulos que forman rizobios. simbiosis Con legumbres plantas, llamadas abono verde.

Oxígeno

La composición de la atmósfera comenzó a cambiar radicalmente con la aparición en la Tierra. organismos vivos, como resultado fotosíntesis acompañado de la liberación de oxígeno y la absorción de dióxido de carbono. Inicialmente, el oxígeno se gastaba en la oxidación de compuestos reducidos: amoníaco, hidrocarburos, forma nitrosa. glándula contenidos en los océanos, etc. Al final de esta etapa, el contenido de oxígeno en la atmósfera comenzó a aumentar. Poco a poco se fue formando una atmósfera moderna con propiedades oxidantes. Dado que esto provocó cambios serios y abruptos en muchos procesos que ocurren en atmósfera, litosfera Y biosfera, este evento fue llamado Desastre de oxígeno.

Durante fanerozoico la composición de la atmósfera y el contenido de oxígeno sufrieron cambios. Se correlacionaron principalmente con la tasa de deposición de sedimentos orgánicos. Así, durante los períodos de acumulación de carbón, el contenido de oxígeno en la atmósfera aparentemente excedía significativamente el nivel moderno.

Dióxido de carbono

El contenido de CO 2 en la atmósfera depende de la actividad volcánica y de los procesos químicos en las capas terrestres, pero sobre todo, de la intensidad de la biosíntesis y descomposición de la materia orgánica en biosfera Tierra. Casi toda la biomasa actual del planeta (unas 2,4 × 10 12 toneladas ) se forma debido al dióxido de carbono, nitrógeno y vapor de agua contenidos en el aire atmosférico. Enterrado en océano, V. pantanos y en bosques la materia orgánica se convierte en carbón, aceite Y gas natural. (cm. Ciclo geoquímico del carbono)

Gases nobles

Fuente de gases inertes - argón, helio Y criptón- erupciones volcánicas y desintegración de elementos radiactivos. La Tierra en general y la atmósfera en particular están empobrecidas en gases inertes en comparación con el espacio. Se cree que la razón de esto radica en la continua fuga de gases al espacio interplanetario.

La contaminación del aire

Recientemente, la evolución de la atmósfera ha comenzado a verse influenciada por Humano. El resultado de sus actividades fue un aumento significativo constante en el contenido de dióxido de carbono en la atmósfera debido a la combustión de combustibles de hidrocarburos acumulados en eras geológicas anteriores. Durante la fotosíntesis se consumen enormes cantidades de CO 2 y los océanos del mundo lo absorben. Este gas ingresa a la atmósfera por la descomposición de rocas carbonatadas y sustancias orgánicas de origen vegetal y animal, así como por el vulcanismo y la actividad industrial humana. En los últimos 100 años, el contenido de CO 2 en la atmósfera ha aumentado un 10%, y la mayor parte (360 mil millones de toneladas) proviene de la quema de combustibles. Si continúa la tasa de crecimiento de la quema de combustibles, en los próximos 50 a 60 años la cantidad de CO 2 en la atmósfera se duplicará y podría conducir a cambio climático global.

La quema de combustibles es la principal fuente de gases contaminantes ( CO, NO, ENTONCES 2 ). El dióxido de azufre es oxidado por el oxígeno atmosférico a ENTONCES 3 en las capas superiores de la atmósfera, que a su vez interactúa con el agua y el vapor de amoníaco, y el resultado ácido sulfúrico (H 2 ENTONCES 4 ) Y sulfato de amonio ((NH 4 ) 2 ENTONCES 4 ) regresar a la superficie de la Tierra en la forma del llamado. lluvia ácida. Uso motores de combustión interna conduce a una importante contaminación atmosférica con óxidos de nitrógeno, hidrocarburos y compuestos de plomo ( tetraetilo de plomo Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

La contaminación de la atmósfera por aerosoles se debe tanto a causas naturales (erupciones volcánicas, tormentas de polvo, arrastre de gotas de agua de mar y polen de plantas, etc.) como a actividades económicas humanas (extracción de minerales y materiales de construcción, quema de combustible, fabricación de cemento, etc.). ). La intensa liberación a gran escala de partículas a la atmósfera es una de las posibles causas del cambio climático en el planeta.

La envoltura gaseosa que rodea nuestro planeta Tierra, conocida como atmósfera, consta de cinco capas principales. Estas capas se originan en la superficie del planeta, desde el nivel del mar (a veces por debajo) y ascienden al espacio exterior en la siguiente secuencia:

• Troposfera;
• Estratosfera;
• mesosfera;
• Termósfera;
• Exosfera.

Diagrama de las principales capas de la atmósfera terrestre.

Entre cada una de estas cinco capas principales hay zonas de transición llamadas "pausas" donde ocurren cambios en la temperatura, composición y densidad del aire. Junto con las pausas, la atmósfera terrestre incluye un total de 9 capas.

Troposfera: donde ocurre el clima

De todas las capas de la atmósfera, la troposfera es con la que estamos más familiarizados (lo sepas o no), ya que vivimos en su fondo, la superficie del planeta. Envuelve la superficie de la Tierra y se extiende hacia arriba durante varios kilómetros. La palabra troposfera significa "cambio del globo". Un nombre muy apropiado, ya que en esta capa es donde se produce nuestro clima cotidiano.

Partiendo de la superficie del planeta, la troposfera se eleva a una altura de 6 a 20 km. El tercio inferior de la capa, el más cercano a nosotros, contiene el 50% de todos los gases atmosféricos. Esta es la única parte de toda la atmósfera que respira. Debido a que el aire es calentado desde abajo por la superficie terrestre, que absorbe la energía térmica del Sol, la temperatura y la presión de la troposfera disminuyen al aumentar la altitud.

En la parte superior hay una capa delgada llamada tropopausa, que es simplemente un amortiguador entre la troposfera y la estratosfera.

Estratosfera: hogar del ozono

La estratosfera es la siguiente capa de la atmósfera. Se extiende desde 6-20 km hasta 50 km sobre la superficie de la Tierra. Esta es la capa en la que vuelan la mayoría de los aviones comerciales y viajan los globos aerostáticos.

Aquí el aire no fluye hacia arriba y hacia abajo, sino que se mueve paralelo a la superficie en corrientes de aire muy rápidas. A medida que se asciende, la temperatura aumenta, gracias a la abundancia de ozono (O3) natural, un subproducto de la radiación solar y el oxígeno, que tiene la capacidad de absorber los dañinos rayos ultravioleta del sol (cualquier aumento de temperatura con la altitud en meteorología se conoce como una "inversión").

Debido a que la estratosfera tiene temperaturas más cálidas en la parte inferior y más frías en la parte superior, la convección (movimiento vertical de masas de aire) es poco común en esta parte de la atmósfera. De hecho, se puede ver una tormenta que azota la troposfera desde la estratosfera porque la capa actúa como una capa de convección que impide que las nubes de tormenta penetren.

Después de la estratosfera vuelve a haber una capa amortiguadora, esta vez llamada estratopausa.

Mesosfera: atmósfera media

La mesosfera se encuentra aproximadamente a 50-80 km de la superficie de la Tierra. La mesosfera superior es el lugar natural más frío de la Tierra, donde las temperaturas pueden caer por debajo de los -143°C.

Termosfera: atmósfera superior

Después de la mesosfera y la mesopausia viene la termosfera, situada entre 80 y 700 km sobre la superficie del planeta, y contiene menos del 0,01% del aire total de la envoltura atmosférica. Las temperaturas aquí alcanzan hasta +2000° C, pero debido a la extrema delgadez del aire y a la falta de moléculas de gas para transferir calor, estas altas temperaturas se perciben como muy frías.

Exosfera: el límite entre la atmósfera y el espacio.

A una altitud de unos 700-10.000 km sobre la superficie de la Tierra se encuentra la exosfera, el borde exterior de la atmósfera que limita con el espacio. Aquí los satélites meteorológicos orbitan la Tierra.

¿Qué pasa con la ionosfera?

La ionosfera no es una capa separada, pero de hecho el término se utiliza para referirse a la atmósfera entre 60 y 1000 km de altitud. Incluye las partes superiores de la mesosfera, toda la termosfera y parte de la exosfera. La ionosfera recibe su nombre porque en esta parte de la atmósfera la radiación del Sol se ioniza cuando atraviesa los campos magnéticos de la Tierra en y. Este fenómeno se observa desde la tierra como la aurora boreal.