Composition de l'atmosphère terrestre en pourcentage. Atmosphère de la terre

L'atmosphère est un mélange de divers gaz. Il s'étend de la surface de la Terre jusqu'à une hauteur de 900 km, protégeant la planète du spectre nocif du rayonnement solaire et contient des gaz nécessaires à toute vie sur la planète. L'atmosphère retient la chaleur du soleil, réchauffant la surface de la Terre et créant un climat favorable.

Composition atmosphérique

L'atmosphère terrestre est principalement composée de deux gaz : l'azote (78 %) et l'oxygène (21 %). De plus, il contient des impuretés de dioxyde de carbone et d'autres gaz. dans l'atmosphère, il existe sous forme de vapeur, de gouttelettes d'humidité dans les nuages ​​et de cristaux de glace.

Couches de l'atmosphère

L'atmosphère est constituée de nombreuses couches entre lesquelles il n'y a pas de frontières claires. Les températures des différentes couches diffèrent sensiblement les unes des autres.

• Magnétosphère sans air. C'est là que la plupart des satellites terrestres volent en dehors de l'atmosphère terrestre.
• Exosphère (450-500 km de la surface). Presque pas de gaz. Certains satellites météorologiques volent dans l'exosphère. La thermosphère (80-450 km) est caractérisée par des températures élevées, atteignant 1 700°C dans la couche supérieure.
• Mésosphère (50-80 km). Dans cette zone, la température baisse à mesure que l’altitude augmente. C’est là que brûlent la plupart des météorites (fragments de roches spatiales) qui pénètrent dans l’atmosphère.
• Stratosphère (15-50 km). Contient une couche d'ozone, c'est-à-dire une couche d'ozone qui absorbe le rayonnement ultraviolet du Soleil. Cela provoque une augmentation des températures à proximité de la surface de la Terre. Les avions à réaction volent généralement ici parce que La visibilité dans cette couche est très bonne et il n'y a pratiquement aucune interférence causée par les conditions météorologiques.
• Troposphère. La hauteur varie de 8 à 15 km de la surface terrestre. C'est ici que se forme le climat de la planète, car en Cette couche contient le plus de vapeur d'eau, de poussière et de vent. La température diminue avec la distance à la surface de la Terre.

Pression atmosphérique

Même si nous ne le ressentons pas, les couches de l’atmosphère exercent une pression sur la surface de la Terre. Il est le plus élevé près de la surface et diminue progressivement à mesure que l’on s’en éloigne. Cela dépend de la différence de température entre la terre et l'océan, et donc dans les zones situées à la même altitude au-dessus du niveau de la mer, il existe souvent des pressions différentes. La basse pression apporte un temps pluvieux, tandis que la haute pression apporte généralement un temps clair.

Mouvement des masses d'air dans l'atmosphère

Et les pressions forcent les couches inférieures de l’atmosphère à se mélanger. C'est ainsi que naissent les vents, soufflant des zones de haute pression vers les zones de basse pression. Dans de nombreuses régions, des vents locaux se forment également en raison des différences de température entre la terre et la mer. Les montagnes ont également une influence significative sur la direction des vents.

Effet de serre

Le dioxyde de carbone et d'autres gaz qui composent l'atmosphère terrestre retiennent la chaleur du soleil. Ce processus est communément appelé effet de serre, car il ressemble à bien des égards à la circulation de la chaleur dans les serres. L'effet de serre provoque un réchauffement climatique sur la planète. Dans les zones de hautes pressions - anticyclones - un temps clair et ensoleillé s'installe. Les zones de basse pression – les cyclones – connaissent généralement un temps instable. Chaleur et lumière entrant dans l’atmosphère. Les gaz emprisonnent la chaleur réfléchie par la surface de la Terre, provoquant ainsi une augmentation de la température sur Terre.

Il existe une couche d’ozone particulière dans la stratosphère. L'ozone bloque la majeure partie du rayonnement ultraviolet du soleil, protégeant ainsi la Terre et toute vie qui s'y trouve. Les scientifiques ont découvert que la cause de la destruction de la couche d'ozone est due aux gaz spéciaux de dioxyde de chlorofluorocarbone contenus dans certains aérosols et équipements de réfrigération. Au-dessus de l'Arctique et de l'Antarctique, d'énormes trous ont été découverts dans la couche d'ozone, contribuant à augmenter la quantité de rayonnement ultraviolet affectant la surface de la Terre.

L'ozone se forme dans la basse atmosphère à cause du rayonnement solaire et de divers gaz d'échappement et gaz. Habituellement, il est dispersé dans toute l’atmosphère, mais si une couche fermée d’air froid se forme sous une couche d’air chaud, l’ozone se concentre et du smog se forme. Malheureusement, cela ne peut pas remplacer l’ozone perdu dans les trous d’ozone.

Un trou dans la couche d'ozone au-dessus de l'Antarctique est clairement visible sur cette photographie satellite. La taille du trou varie, mais les scientifiques pensent qu’il ne cesse de croître. Des efforts sont déployés pour réduire le niveau des gaz d'échappement dans l'atmosphère. La pollution de l’air devrait être réduite et des carburants sans fumée utilisés dans les villes. Le smog provoque une irritation des yeux et une suffocation chez de nombreuses personnes.

L'émergence et l'évolution de l'atmosphère terrestre

L’atmosphère moderne de la Terre est le résultat d’un long développement évolutif. Il est le résultat de l'action combinée de facteurs géologiques et de l'activité vitale des organismes. Tout au long de l’histoire géologique, l’atmosphère terrestre a subi plusieurs changements profonds. Sur la base de données géologiques et de prémisses théoriques, l'atmosphère primordiale de la jeune Terre, qui existait il y a environ 4 milliards d'années, pourrait être constituée d'un mélange de gaz inertes et rares avec un léger ajout d'azote passif (N. A. Yasamanov, 1985 ; A. S. Monin, 1987 ; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993). Actuellement, la vision de la composition et de la structure de l'atmosphère primitive a quelque peu changé il y a 4,2 milliards d'années, et pourrait donc être constituée d'un mélange de méthane, d'ammoniac et de dioxyde de carbone. du dégazage du manteau et des processus d'altération actifs se produisant à la surface de la Terre, de la vapeur d'eau, des composés carbonés sous forme de CO 2 et CO, du soufre et de ses composés ont commencé à pénétrer dans l'atmosphère, ainsi que des acides halogènes forts - HCI, HF. , HI et acide borique, qui étaient complétés par du méthane, de l'ammoniac, de l'hydrogène, de l'argon et certains autres gaz rares dans l'atmosphère. Cette atmosphère primaire était extrêmement mince. Par conséquent, la température à la surface de la Terre était proche de la température d'équilibre radiatif (A. S. Monin, 1977).

Au fil du temps, la composition gazeuse de l'atmosphère primaire a commencé à se transformer sous l'influence des processus d'altération des roches faisant saillie à la surface de la Terre, de l'activité des cyanobactéries et des algues bleu-vert, des processus volcaniques et de l'action de la lumière du soleil. Cela a conduit à la décomposition du méthane en dioxyde de carbone, de l'ammoniac en azote et en hydrogène ; Le dioxyde de carbone, qui a lentement coulé à la surface de la Terre, et l'azote ont commencé à s'accumuler dans l'atmosphère secondaire. Grâce à l'activité vitale des algues bleu-vert, de l'oxygène a commencé à être produit au cours du processus de photosynthèse, qui, cependant, était au début principalement consacré à « l'oxydation des gaz atmosphériques, puis des roches ». Dans le même temps, l'ammoniac, oxydé en azote moléculaire, a commencé à s'accumuler intensément dans l'atmosphère. On suppose qu’une quantité importante d’azote présente dans l’atmosphère moderne est relique. Le méthane et le monoxyde de carbone ont été oxydés en dioxyde de carbone. Le soufre et le sulfure d'hydrogène ont été oxydés en SO 2 et SO 3 qui, en raison de leur grande mobilité et de leur légèreté, ont été rapidement éliminés de l'atmosphère. Ainsi, l'atmosphère de l'atmosphère réductrice, comme c'était le cas à l'Archéen et au Protérozoïque précoce, s'est progressivement transformée en une atmosphère oxydante.

Le dioxyde de carbone est entré dans l'atmosphère à la fois à la suite de l'oxydation du méthane et du dégazage du manteau et de l'altération des roches. Dans le cas où tout le dioxyde de carbone libéré au cours de toute l'histoire de la Terre serait conservé dans l'atmosphère, sa pression partielle pourrait actuellement devenir la même que sur Vénus (O. Sorokhtin, S. A. Ouchakov, 1991). Mais sur Terre, c’est le processus inverse qui était à l’œuvre. Une partie importante du dioxyde de carbone de l'atmosphère était dissoute dans l'hydrosphère, dans laquelle elle était utilisée par les hydrobiontes pour construire leurs coquilles et convertie biogéniquement en carbonates. Par la suite, d'épaisses couches de carbonates chimiogènes et organogènes se sont formées à partir d'eux.

L'oxygène est entré dans l'atmosphère à partir de trois sources. Pendant longtemps, à partir du moment où la Terre est apparue, il a été libéré lors du dégazage du manteau et a été principalement utilisé dans des processus oxydatifs. Une autre source d'oxygène était la photodissociation de la vapeur d'eau par le rayonnement solaire ultraviolet dur. Les apparences; l'oxygène libre dans l'atmosphère a entraîné la mort de la plupart des procaryotes qui vivaient dans des conditions réductrices. Les organismes procaryotes ont changé leurs habitats. Ils ont laissé la surface de la Terre dans ses profondeurs et dans des zones où les conditions de rétablissement subsistaient encore. Ils ont été remplacés par des eucaryotes, qui ont commencé à convertir énergiquement le dioxyde de carbone en oxygène.

Au cours de l'Archéen et d'une partie importante du Protérozoïque, presque tout l'oxygène produit de manière abiogène et biogénique était principalement dépensé pour l'oxydation du fer et du soufre. À la fin du Protérozoïque, tout le fer métallique divalent situé à la surface de la Terre s'est oxydé ou s'est déplacé vers le noyau terrestre. Cela a provoqué une modification de la pression partielle de l’oxygène dans l’atmosphère du début du Protérozoïque.

Au milieu du Protérozoïque, la concentration d'oxygène dans l'atmosphère a atteint le point du Jury et s'élevait à 0,01 % du niveau moderne. À partir de cette époque, l'oxygène a commencé à s'accumuler dans l'atmosphère et, probablement, déjà à la fin du Riphéen, sa teneur a atteint le point Pasteur (0,1 % du niveau moderne). Peut-être que la couche d'ozone est apparue à l'époque vendienne et que la couche d'ozone de cette époque n'a jamais disparu.

L’apparition d’oxygène libre dans l’atmosphère terrestre a stimulé l’évolution de la vie et conduit à l’émergence de nouvelles formes au métabolisme plus avancé. Si les anciennes algues unicellulaires eucaryotes et les cyanées, apparues au début du Protérozoïque, nécessitaient une teneur en oxygène dans l'eau de seulement 10 -3 de sa concentration moderne, alors avec l'émergence de métazoaires non squelettiques à la fin du Vendien inférieur, c'est-à-dire qu'il y a environ 650 millions d'années, la concentration d'oxygène dans l'atmosphère aurait dû être nettement plus élevée. Après tout, les métazoaires utilisaient la respiration à l'oxygène, ce qui nécessitait que la pression partielle de l'oxygène atteigne un niveau critique - le point Pasteur. Dans ce cas, le processus de fermentation anaérobie a été remplacé par un métabolisme de l’oxygène énergétiquement plus prometteur et progressif.

Après cela, une nouvelle accumulation d’oxygène dans l’atmosphère terrestre s’est produite assez rapidement. L'augmentation progressive du volume d'algues bleu-vert a contribué à atteindre dans l'atmosphère le niveau d'oxygène nécessaire au maintien de la vie du monde animal. Une certaine stabilisation de la teneur en oxygène de l'atmosphère s'est produite à partir du moment où les plantes ont atteint la terre ferme, il y a environ 450 millions d'années. L’émergence de plantes sur terre, survenue au Silurien, a conduit à la stabilisation définitive des niveaux d’oxygène dans l’atmosphère. A partir de ce moment, sa concentration commença à fluctuer dans des limites assez étroites, ne dépassant jamais les limites de l'existence de la vie. La concentration en oxygène dans l’atmosphère s’est complètement stabilisée depuis l’apparition des plantes à fleurs. Cet événement s'est produit au milieu du Crétacé, c'est-à-dire il y a environ 100 millions d'années.

La majeure partie de l'azote s'est formée au cours des premiers stades du développement de la Terre, principalement en raison de la décomposition de l'ammoniac. Avec l’apparition des organismes, le processus de liaison de l’azote atmosphérique en matière organique et de son enfouissement dans les sédiments marins a commencé. Une fois que les organismes ont atteint la terre ferme, l’azote a commencé à être enfoui dans les sédiments continentaux. Les processus de traitement de l'azote libre se sont particulièrement intensifiés avec l'avènement des plantes terrestres.

Au tournant du Cryptozoïque et du Phanérozoïque, c'est-à-dire il y a environ 650 millions d'années, la teneur en dioxyde de carbone dans l'atmosphère a diminué jusqu'à des dixièmes de pour cent et n'a atteint une teneur proche du niveau moderne que récemment, environ 10 à 20 millions d'années. il y a.

Ainsi, la composition gazeuse de l'atmosphère fournissait non seulement un espace vital aux organismes, mais déterminait également les caractéristiques de leur activité vitale et contribuait à la colonisation et à l'évolution. Des perturbations émergentes dans la répartition de la composition gazeuse de l'atmosphère favorable aux organismes, à la fois pour des raisons cosmiques et planétaires, ont conduit à des extinctions massives du monde organique, qui se sont produites à plusieurs reprises au cours du Cryptozoïque et à certaines limites de l'histoire du Phanérozoïque.

Fonctions ethnosphériques de l'atmosphère

L'atmosphère terrestre fournit les substances et l'énergie nécessaires et détermine la direction et la vitesse des processus métaboliques. La composition gazeuse de l’atmosphère moderne est optimale pour l’existence et le développement de la vie. Étant la zone où se forment le temps et le climat, l'atmosphère doit créer des conditions confortables pour la vie des personnes, des animaux et de la végétation. Les écarts dans un sens ou dans l'autre de la qualité de l'air atmosphérique et des conditions météorologiques créent des conditions extrêmes pour la vie de la flore et de la faune, y compris l'homme.

L'atmosphère terrestre fournit non seulement les conditions d'existence de l'humanité, mais constitue également le principal facteur d'évolution de l'ethnosphère. En même temps, il s'avère être une ressource énergétique et de matières premières pour la production. En général, l'atmosphère est un facteur qui préserve la santé humaine, et certaines zones, en raison des conditions physico-géographiques et de la qualité de l'air atmosphérique, servent de zones de loisirs et sont des zones destinées au traitement et aux loisirs des personnes en sanatorium. Ainsi, l’ambiance est un facteur d’impact esthétique et émotionnel.

Les fonctions ethnosphère et technosphère de l'atmosphère, définies assez récemment (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), nécessitent une étude indépendante et approfondie. Ainsi, l'étude des fonctions énergétiques atmosphériques est très pertinente, tant du point de vue de l'apparition et du fonctionnement de processus qui nuisent à l'environnement, que du point de vue de l'impact sur la santé et le bien-être des personnes. Dans ce cas, nous parlons de l'énergie des cyclones et des anticyclones, des tourbillons atmosphériques, de la pression atmosphérique et d'autres phénomènes atmosphériques extrêmes, dont l'utilisation efficace contribuera à la solution réussie du problème de l'obtention de sources d'énergie alternatives qui ne polluent pas le environnement. Après tout, l'environnement aérien, en particulier la partie située au-dessus de l'océan mondial, est une zone où une quantité colossale d'énergie libre est libérée.

Par exemple, il a été établi que les cyclones tropicaux de force moyenne libèrent une énergie équivalente à l'énergie de 500 000 bombes atomiques larguées sur Hiroshima et Nagasaki en une seule journée. En 10 jours d’existence d’un tel cyclone, suffisamment d’énergie est libérée pour satisfaire tous les besoins énergétiques d’un pays comme les États-Unis pendant 600 ans.

Ces dernières années, un grand nombre d'ouvrages de naturalistes ont été publiés, traitant d'une manière ou d'une autre de divers aspects de l'activité et de l'influence de l'atmosphère sur les processus terrestres, ce qui indique l'intensification des interactions interdisciplinaires dans les sciences naturelles modernes. En même temps, le rôle intégrateur de certaines de ses orientations se manifeste, parmi lesquels il faut noter l'orientation fonctionnelle-écologique en géoécologie.

Cette direction stimule l'analyse et la généralisation théorique sur les fonctions écologiques et le rôle planétaire de diverses géosphères, ce qui, à son tour, constitue une condition préalable importante au développement de méthodologies et de fondements scientifiques pour l'étude holistique de notre planète, l'utilisation rationnelle et la protection de ses ressources naturelles.

L'atmosphère terrestre est constituée de plusieurs couches : la troposphère, la stratosphère, la mésosphère, la thermosphère, l'ionosphère et l'exosphère. Au sommet de la troposphère et au bas de la stratosphère se trouve une couche enrichie en ozone, appelée bouclier d'ozone. Certains modèles (quotidiens, saisonniers, annuels, etc.) de répartition de l'ozone ont été établis. Depuis son origine, l'atmosphère a influencé le cours des processus planétaires. La composition primaire de l'atmosphère était complètement différente de celle d'aujourd'hui, mais au fil du temps, la part et le rôle de l'azote moléculaire ont augmenté régulièrement. Il y a environ 650 millions d'années, l'oxygène libre est apparu, dont la quantité a continuellement augmenté, mais la concentration de dioxyde de carbone diminué en conséquence. La grande mobilité de l'atmosphère, sa composition gazeuse et la présence d'aérosols déterminent son rôle exceptionnel et sa participation active à divers processus géologiques et de la biosphère. L'atmosphère joue un grand rôle dans la redistribution de l'énergie solaire et le développement de phénomènes naturels et de catastrophes catastrophiques. Les vortex atmosphériques - tornades (tornades), ouragans, typhons, cyclones et autres phénomènes ont un impact négatif sur le monde organique et les systèmes naturels. Les principales sources de pollution, outre les facteurs naturels, sont diverses formes d'activité économique humaine. Les impacts anthropiques sur l'atmosphère s'expriment non seulement par l'apparition de divers aérosols et gaz à effet de serre, mais également par une augmentation de la quantité de vapeur d'eau, et se manifestent sous forme de smog et de pluies acides. Les gaz à effet de serre modifient le régime de température de la surface de la Terre ; les émissions de certains gaz réduisent le volume de la couche d'ozone et contribuent à la formation de trous d'ozone. Le rôle ethnosphérique de l'atmosphère terrestre est important.

Le rôle de l'atmosphère dans les processus naturels

L'atmosphère de surface, dans son état intermédiaire entre la lithosphère et l'espace extra-atmosphérique et sa composition gazeuse, crée les conditions nécessaires à la vie des organismes. Dans le même temps, l'altération et l'intensité de la destruction des roches, le transfert et l'accumulation de matières clastiques dépendent de la quantité, de la nature et de la fréquence des précipitations, de la fréquence et de la force des vents et surtout de la température de l'air. L'atmosphère est un élément central du système climatique. Température et humidité de l'air, nébulosité et précipitations, vent - tout cela caractérise le temps, c'est-à-dire l'état en constante évolution de l'atmosphère. Dans le même temps, ces mêmes composantes caractérisent le climat, c’est-à-dire le régime météorologique moyen à long terme.

La composition des gaz, la présence de nuages ​​​​et de diverses impuretés, appelées particules d'aérosol (cendres, poussières, particules de vapeur d'eau), déterminent les caractéristiques du passage du rayonnement solaire à travers l'atmosphère et empêchent la fuite du rayonnement thermique terrestre. dans l'espace.

L'atmosphère terrestre est très mobile. Les processus qui s'y produisent et les changements dans sa composition gazeuse, son épaisseur, sa nébulosité, sa transparence et la présence de certaines particules d'aérosol affectent à la fois le temps et le climat.

L'action et la direction des processus naturels, ainsi que la vie et l'activité sur Terre, sont déterminées par le rayonnement solaire. Il fournit 99,98 % de la chaleur fournie à la surface de la Terre. Chaque année, cela équivaut à 134 * 10 19 kcal. Cette quantité de chaleur peut être obtenue en brûlant 200 milliards de tonnes de charbon. Les réserves d'hydrogène qui créent ce flux d'énergie thermonucléaire dans la masse du Soleil dureront encore au moins 10 milliards d'années, soit une période deux fois plus longue que l'existence de notre planète et elle-même.

Environ 1/3 de la quantité totale d'énergie solaire arrivant à la limite supérieure de l'atmosphère est réfléchie dans l'espace, 13 % sont absorbés par la couche d'ozone (y compris la quasi-totalité du rayonnement ultraviolet). 7% - le reste de l'atmosphère et seulement 44% atteignent la surface de la Terre. Le rayonnement solaire total atteignant la Terre chaque jour est égal à l’énergie que l’humanité a reçue en brûlant tous les types de combustibles au cours du dernier millénaire.

La quantité et la nature de la répartition du rayonnement solaire à la surface de la Terre dépendent étroitement de la nébulosité et de la transparence de l'atmosphère. La quantité de rayonnement diffusé est affectée par la hauteur du Soleil au-dessus de l'horizon, la transparence de l'atmosphère, la teneur en vapeur d'eau, en poussière, la quantité totale de dioxyde de carbone, etc.

La quantité maximale de rayonnement diffusé atteint les régions polaires. Plus le Soleil est bas au-dessus de l'horizon, moins la chaleur pénètre dans une zone donnée du terrain.

La transparence atmosphérique et la nébulosité sont d'une grande importance. Par une journée d'été nuageuse, il fait généralement plus froid que par une journée claire, car la nébulosité diurne empêche le réchauffement de la surface de la Terre.

La poussière de l’atmosphère joue un rôle majeur dans la répartition de la chaleur. Les particules solides finement dispersées de poussière et de cendres qui s'y trouvent, qui affectent sa transparence, affectent négativement la répartition du rayonnement solaire, dont la majeure partie est réfléchie. Les particules fines pénètrent dans l'atmosphère de deux manières : soit par les cendres émises lors des éruptions volcaniques, soit par les poussières du désert charriées par les vents des régions tropicales et subtropicales arides. Une grande partie de cette poussière se forme particulièrement pendant les sécheresses, lorsque les courants d'air chaud la transportent dans les couches supérieures de l'atmosphère et peuvent y rester longtemps. Après l'éruption du volcan Krakatoa en 1883, des poussières projetées à des dizaines de kilomètres dans l'atmosphère sont restées dans la stratosphère pendant environ 3 ans. À la suite de l'éruption du volcan El Chichon (Mexique) en 1985, la poussière a atteint l'Europe et les températures de surface ont donc légèrement diminué.

L'atmosphère terrestre contient des quantités variables de vapeur d'eau. En termes absolus en poids ou en volume, sa quantité varie de 2 à 5 %.

La vapeur d'eau, comme le dioxyde de carbone, renforce l'effet de serre. Dans les nuages ​​et les brouillards qui se forment dans l’atmosphère, des processus physiques et chimiques particuliers se produisent.

La principale source de vapeur d’eau dans l’atmosphère est la surface de l’océan mondial. Une couche d'eau d'une épaisseur de 95 à 110 cm s'en évapore chaque année. Une partie de l'humidité retourne à l'océan après condensation, et l'autre est dirigée par les courants d'air vers les continents. Dans les régions au climat humide variable, les précipitations humidifient le sol et, dans les climats humides, elles créent des réserves d'eau souterraine. Ainsi, l’atmosphère est un accumulateur d’humidité et un réservoir de précipitations. et les brouillards qui se forment dans l'atmosphère humidifient la couverture du sol et jouent ainsi un rôle décisif dans le développement de la flore et de la faune.

L'humidité atmosphérique est répartie sur la surface terrestre en raison de la mobilité de l'atmosphère. Il se caractérise par un système très complexe de vents et de répartition des pressions. En raison du fait que l'atmosphère est en mouvement continu, la nature et l'ampleur de la répartition des flux de vent et de la pression changent constamment. L'échelle de la circulation varie de micrométéorologique, avec une taille de quelques centaines de mètres seulement, à une échelle globale de plusieurs dizaines de milliers de kilomètres. D'énormes tourbillons atmosphériques participent à la création de systèmes de courants d'air à grande échelle et déterminent la circulation générale de l'atmosphère. De plus, ils sont sources de phénomènes atmosphériques catastrophiques.

La répartition des conditions météorologiques et climatiques ainsi que le fonctionnement de la matière vivante dépendent de la pression atmosphérique. Si la pression atmosphérique fluctue dans de petites limites, elle ne joue pas un rôle décisif dans le bien-être des personnes et le comportement des animaux et n'affecte pas les fonctions physiologiques des plantes. Les changements de pression sont généralement associés à des phénomènes frontaux et à des changements météorologiques.

La pression atmosphérique est d'une importance fondamentale pour la formation du vent qui, en tant que facteur de relief, a un fort impact sur le monde animal et végétal.

Le vent peut supprimer la croissance des plantes et en même temps favoriser le transfert des graines. Le rôle du vent dans la formation des conditions météorologiques et climatiques est important. Il agit également comme régulateur des courants marins. Le vent, en tant que facteur exogène, contribue à l'érosion et à la déflation des matériaux altérés sur de longues distances.

Rôle écologique et géologique des processus atmosphériques

Une diminution de la transparence de l'atmosphère due à l'apparition de particules d'aérosol et de poussières solides affecte la répartition du rayonnement solaire, augmentant l'albédo ou la réflectivité. Diverses réactions chimiques qui provoquent la décomposition de l’ozone et la génération de nuages ​​​​« perlés » constitués de vapeur d’eau conduisent au même résultat. Les changements globaux de réflectivité, ainsi que les changements dans les gaz atmosphériques, principalement les gaz à effet de serre, sont responsables du changement climatique.

Un réchauffement inégal, qui provoque des différences de pression atmosphérique sur différentes parties de la surface terrestre, conduit à une circulation atmosphérique, caractéristique de la troposphère. Lorsqu’une différence de pression se produit, l’air se précipite des zones de haute pression vers les zones de basse pression. Ces mouvements de masses d'air, ainsi que l'humidité et la température, déterminent les principales caractéristiques écologiques et géologiques des processus atmosphériques.

En fonction de sa vitesse, le vent effectue divers travaux géologiques à la surface de la Terre. À une vitesse de 10 m/s, il secoue d'épaisses branches d'arbres, soulevant et transportant de la poussière et du sable fin ; brise les branches des arbres à une vitesse de 20 m/s, transporte du sable et du gravier ; à une vitesse de 30 m/s (tempête) arrache les toits des maisons, déracine des arbres, brise des poteaux, déplace des cailloux et transporte de petits gravats, et un vent d'ouragan à une vitesse de 40 m/s détruit les maisons, brise et démolit le courant aligner les poteaux, déracine les grands arbres.

Grains et tornades (tornades) - les vortex atmosphériques qui surviennent pendant la saison chaude sur de puissants fronts atmosphériques, avec des vitesses allant jusqu'à 100 m/s, ont un impact environnemental négatif important avec des conséquences catastrophiques. Les grains sont des tourbillons horizontaux avec des vitesses de vent d'ouragan (jusqu'à 60-80 m/s). Ils sont souvent accompagnés de fortes averses et d'orages durant de plusieurs minutes à une demi-heure. Les grains couvrent des zones allant jusqu'à 50 km de large et parcourent une distance de 200 à 250 km. En 1998, une tempête à Moscou et dans la région de Moscou a endommagé les toits de nombreuses maisons et renversé des arbres.

Les tornades, appelées tornades en Amérique du Nord, sont de puissants vortex atmosphériques en forme d'entonnoir, souvent associés aux nuages ​​d'orage. Il s'agit de colonnes d'air se rétrécissant en leur milieu et d'un diamètre de plusieurs dizaines à centaines de mètres. Une tornade a l’apparence d’un entonnoir, très semblable à la trompe d’un éléphant, descendant des nuages ​​ou s’élevant de la surface de la terre. Possédant une forte raréfaction et une vitesse de rotation élevée, une tornade parcourt plusieurs centaines de kilomètres, attirant la poussière, l'eau des réservoirs et divers objets. Les tornades puissantes sont accompagnées d'orages, de pluie et ont un grand pouvoir destructeur.

Les tornades se produisent rarement dans les régions subpolaires ou équatoriales, où il fait constamment froid ou chaud. Il y a peu de tornades en haute mer. Les tornades se produisent en Europe, au Japon, en Australie, aux États-Unis et en Russie, elles sont particulièrement fréquentes dans la région centrale de la Terre noire, dans les régions de Moscou, Yaroslavl, Nijni Novgorod et Ivanovo.

Les tornades soulèvent et déplacent des voitures, des maisons, des voitures et des ponts. Des tornades particulièrement destructrices sont observées aux États-Unis. Chaque année, il y a entre 450 et 1 500 tornades qui font en moyenne environ 100 morts. Les tornades sont des processus atmosphériques catastrophiques à action rapide. Ils se forment en seulement 20 à 30 minutes et leur durée de vie est de 30 minutes. Il est donc presque impossible de prédire l’heure et le lieu des tornades.

D’autres vortex atmosphériques destructeurs mais durables sont les cyclones. Ils se forment en raison d'une différence de pression qui, dans certaines conditions, contribue à l'émergence d'un mouvement circulaire des flux d'air. Les vortex atmosphériques naissent autour de puissants flux ascendants d’air chaud et humide et tournent à grande vitesse dans le sens des aiguilles d’une montre dans l’hémisphère sud et dans le sens inverse des aiguilles d’une montre dans l’hémisphère nord. Les cyclones, contrairement aux tornades, naissent au-dessus des océans et produisent leurs effets destructeurs sur les continents. Les principaux facteurs destructeurs sont les vents violents, les précipitations intenses sous forme de chutes de neige, les averses, la grêle et les crues soudaines. Des vents avec des vitesses de 19 à 30 m/s forment une tempête, 30 à 35 m/s - une tempête et plus de 35 m/s - un ouragan.

Les cyclones tropicaux – ouragans et typhons – ont une largeur moyenne de plusieurs centaines de kilomètres. La vitesse du vent à l’intérieur du cyclone atteint la force d’un ouragan. Les cyclones tropicaux durent de plusieurs jours à plusieurs semaines et se déplacent à des vitesses de 50 à 200 km/h. Les cyclones des latitudes moyennes ont un diamètre plus grand. Leurs dimensions transversales varient de mille à plusieurs milliers de kilomètres et la vitesse du vent est orageuse. Ils se déplacent dans l'hémisphère nord depuis l'ouest et s'accompagnent de grêle et de chutes de neige, de nature catastrophique. En termes de nombre de victimes et de dégâts causés, les cyclones et les ouragans et typhons associés constituent le phénomène atmosphérique naturel le plus important après les inondations. Dans les régions densément peuplées d’Asie, les ouragans tuent des milliers de personnes. En 1991, lors d'un ouragan au Bangladesh, qui a provoqué la formation de vagues de 6 m de haut, 125 000 personnes sont mortes. Les typhons causent de gros dégâts aux États-Unis. Dans le même temps, des dizaines et des centaines de personnes meurent. En Europe occidentale, les ouragans causent moins de dégâts.

Les orages sont considérés comme un phénomène atmosphérique catastrophique. Ils se produisent lorsque l’air chaud et humide monte très rapidement. À la frontière des zones tropicales et subtropicales, les orages surviennent 90 à 100 jours par an, dans la zone tempérée 10 à 30 jours. Dans notre pays, le plus grand nombre d'orages se produisent dans le Caucase du Nord.

Les orages durent généralement moins d'une heure. Les averses intenses, la grêle, les éclairs, les rafales de vent et les courants d'air verticaux sont particulièrement dangereux. Le risque de grêle est déterminé par la taille des grêlons. Dans le Caucase du Nord, la masse des grêlons atteignait autrefois 0,5 kg, et en Inde, des grêlons pesant 7 kg ont été enregistrés. Les zones urbaines les plus dangereuses de notre pays se trouvent dans le Caucase du Nord. En juillet 1992, la grêle a endommagé 18 avions à l'aéroport de Mineralnye Vody.

Les phénomènes atmosphériques dangereux incluent la foudre. Ils tuent des personnes, du bétail, provoquent des incendies et endommagent le réseau électrique. Environ 10 000 personnes meurent chaque année à cause des orages et de leurs conséquences dans le monde. De plus, dans certaines régions d'Afrique, de France et des États-Unis, le nombre de victimes de la foudre est plus élevé que celui d'autres phénomènes naturels. Les dommages économiques annuels causés par les orages aux États-Unis s'élèvent à au moins 700 millions de dollars.

Les sécheresses sont typiques des régions désertiques, steppiques et forestières-steppes. Le manque de précipitations provoque un assèchement des sols, une diminution du niveau des eaux souterraines et des réservoirs jusqu'à leur assèchement complet. Le manque d'humidité entraîne la mort de la végétation et des cultures. Les sécheresses sont particulièrement graves en Afrique, au Proche et au Moyen-Orient, en Asie centrale et dans le sud de l'Amérique du Nord.

Les sécheresses modifient les conditions de vie des humains et ont des effets néfastes sur l'environnement naturel à travers des processus tels que la salinisation des sols, les vents secs, les tempêtes de poussière, l'érosion des sols et les incendies de forêt. Les incendies sont particulièrement graves en période de sécheresse dans les régions de la taïga, les forêts tropicales et subtropicales et les savanes.

Les sécheresses sont des processus à court terme qui durent une saison. Lorsque les sécheresses durent plus de deux saisons, il existe une menace de famine et de mortalité massive. Généralement, la sécheresse affecte le territoire d'un ou plusieurs pays. Des sécheresses prolongées aux conséquences tragiques se produisent particulièrement souvent dans la région du Sahel en Afrique.

Les phénomènes atmosphériques tels que les chutes de neige, les fortes pluies de courte durée et les pluies prolongées et prolongées provoquent de graves dégâts. Les chutes de neige provoquent des avalanches massives dans les montagnes, tandis que la fonte rapide des neiges tombées et les précipitations prolongées entraînent des inondations. L'énorme masse d'eau qui tombe à la surface de la Terre, en particulier dans les zones dépourvues d'arbres, provoque une grave érosion des sols. Les systèmes à poutres-rigoles connaissent une croissance intensive. Les inondations se produisent à la suite de crues importantes lors de périodes de fortes précipitations ou de crues après un réchauffement soudain ou une fonte printanière des neiges et sont donc à l'origine des phénomènes atmosphériques (elles sont discutées dans le chapitre sur le rôle écologique de l'hydrosphère).

Changements atmosphériques anthropiques

Il existe actuellement de nombreuses sources anthropiques différentes qui polluent l’air et entraînent de graves perturbations de l’équilibre écologique. En termes d'ampleur, deux sources ont le plus grand impact sur l'atmosphère : les transports et l'industrie. En moyenne, les transports représentent environ 60 % de la quantité totale de pollution atmosphérique, l'industrie - 15 %, l'énergie thermique - 15, les technologies de destruction des déchets ménagers et industriels - 10 %.

Les transports, selon le carburant utilisé et les types de comburants, émettent dans l'atmosphère des oxydes d'azote, de soufre, des oxydes et dioxydes de carbone, du plomb et ses composés, de la suie, du benzopyrène (substance du groupe des hydrocarbures aromatiques polycycliques, qui est un cancérigène puissant qui provoque le cancer de la peau).

L'industrie émet dans l'atmosphère du dioxyde de soufre, des oxydes et dioxydes de carbone, des hydrocarbures, de l'ammoniac, du sulfure d'hydrogène, de l'acide sulfurique, du phénol, du chlore, du fluor et d'autres composés chimiques. Mais la position dominante parmi les émissions (jusqu'à 85 %) est occupée par les poussières.

En raison de la pollution, la transparence de l’atmosphère change, provoquant des aérosols, du smog et des pluies acides.

Les aérosols sont des systèmes dispersés constitués de particules solides ou de gouttelettes liquides en suspension dans un environnement gazeux. La taille des particules de la phase dispersée est généralement de 10 -3 -10 -7 cm. Selon la composition de la phase dispersée, les aérosols sont divisés en deux groupes. L'un comprend les aérosols constitués de particules solides dispersées dans un milieu gazeux, le second comprend les aérosols qui sont un mélange de phases gazeuses et liquides. Les premiers sont appelés fumées et les seconds - brouillards. Dans le processus de formation, les centres de condensation jouent un rôle important. Les cendres volcaniques, les poussières cosmiques, les produits d'émissions industrielles, diverses bactéries, etc. agissent comme des noyaux de condensation. Le nombre de sources possibles de noyaux de concentration ne cesse de croître. Ainsi, par exemple, lorsque de l'herbe sèche est détruite par un incendie sur une superficie de 4 000 m 2, 11 * 10 22 noyaux d'aérosol en moyenne se forment.

Les aérosols ont commencé à se former dès l’apparition de notre planète et ont influencé les conditions naturelles. Cependant, leur quantité et leurs actions, équilibrées avec le cycle général des substances dans la nature, n'ont pas provoqué de profonds changements environnementaux. Les facteurs anthropiques de leur formation ont déplacé cet équilibre vers d'importantes surcharges de la biosphère. Cette caractéristique est particulièrement évidente depuis que l'humanité a commencé à utiliser des aérosols spécialement créés, à la fois sous forme de substances toxiques et pour la protection des plantes.

Les aérosols de dioxyde de soufre, de fluorure d'hydrogène et d'azote sont les plus dangereux pour la végétation. Lorsqu'ils entrent en contact avec la surface humide des feuilles, ils forment des acides qui ont un effet néfaste sur les êtres vivants. Les brouillards acides pénètrent dans les organes respiratoires des animaux et des humains avec l'air inhalé et ont un effet agressif sur les muqueuses. Certains d’entre eux décomposent les tissus vivants et les aérosols radioactifs provoquent le cancer. Parmi les isotopes radioactifs, le Sg 90 est particulièrement dangereux non seulement pour sa cancérogénicité, mais aussi en tant qu'analogue du calcium, le remplaçant dans les os des organismes, provoquant leur décomposition.

Lors d'explosions nucléaires, des nuages ​​d'aérosols radioactifs se forment dans l'atmosphère. Les petites particules d'un rayon de 1 à 10 microns tombent non seulement dans les couches supérieures de la troposphère, mais également dans la stratosphère, où elles peuvent rester longtemps. Des nuages ​​d'aérosols se forment également lors du fonctionnement des réacteurs des installations industrielles produisant du combustible nucléaire, ainsi qu'à la suite d'accidents dans des centrales nucléaires.

Le smog est un mélange d'aérosols avec des phases liquides et solides dispersées, qui forment un rideau de brouillard au-dessus des zones industrielles et des grandes villes.

Il existe trois types de smog : glacé, humide et sec. Le smog glacé est appelé smog d’Alaska. Il s'agit d'une combinaison de polluants gazeux auxquels s'ajoutent des particules de poussière et des cristaux de glace qui se forment lorsque les gouttelettes de brouillard et de vapeur provenant des systèmes de chauffage gèlent.

Le smog humide, ou smog de type Londres, est parfois appelé smog hivernal. C'est un mélange de polluants gazeux (principalement du dioxyde de soufre), de particules de poussière et de gouttelettes de brouillard. La condition météorologique à l'apparition du smog hivernal est un temps sans vent, dans lequel une couche d'air chaud se trouve au-dessus de la couche d'air froid au sol (en dessous de 700 m). Dans ce cas, il n’y a pas seulement un échange horizontal, mais aussi vertical. Les polluants, généralement dispersés dans les couches élevées, s'accumulent dans ce cas dans la couche superficielle.

Le smog sec se produit pendant l’été et est souvent appelé smog de type Los Angeles. C'est un mélange d'ozone, de monoxyde de carbone, d'oxydes d'azote et de vapeurs acides. Ce smog se forme à la suite de la décomposition de polluants par le rayonnement solaire, en particulier sa partie ultraviolette. La condition météorologique est l’inversion atmosphérique, qui se traduit par l’apparition d’une couche d’air froid au-dessus de l’air chaud. Typiquement, les gaz et les particules solides soulevés par les courants d’air chaud sont ensuite dispersés dans les couches froides supérieures, mais dans ce cas ils s’accumulent dans la couche d’inversion. Au cours du processus de photolyse, les dioxydes d'azote formés lors de la combustion du carburant dans les moteurs de voiture se décomposent :

NON 2 → NON + O

Ensuite, la synthèse de l'ozone se produit :

O + O 2 + M → O 3 + M

NON + O → NON 2

Les processus de photodissociation s'accompagnent d'une lueur jaune-verte.

De plus, des réactions du type se produisent : SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, c'est-à-dire qu'il se forme de l'acide sulfurique fort.

Avec un changement des conditions météorologiques (apparition du vent ou changement d'humidité), l'air froid se dissipe et le smog disparaît.

La présence de substances cancérigènes dans le smog entraîne des problèmes respiratoires, une irritation des muqueuses, des troubles circulatoires, une suffocation asthmatique et souvent la mort. Le smog est particulièrement dangereux pour les jeunes enfants.

Les pluies acides sont des précipitations atmosphériques acidifiées par les émissions industrielles d'oxydes de soufre, d'azote et de vapeurs d'acide perchlorique et de chlore qui y sont dissoutes. Lors de la combustion du charbon et du gaz, la majeure partie du soufre qu'il contient, à la fois sous forme d'oxyde et de composés avec le fer, notamment en pyrite, pyrrhotite, chalcopyrite, etc., est transformée en oxyde de soufre qui, ensemble avec le dioxyde de carbone, est émis dans l'atmosphère. Lorsque l'azote atmosphérique et les émissions techniques se combinent avec l'oxygène, divers oxydes d'azote se forment et le volume d'oxydes d'azote formé dépend de la température de combustion. La majeure partie des oxydes d'azote se produit lors du fonctionnement des véhicules et des locomotives diesel, et une plus petite partie se produit dans le secteur de l'énergie et les entreprises industrielles. Les oxydes de soufre et d’azote sont les principaux générateurs d’acide. Lors de la réaction avec l'oxygène atmosphérique et la vapeur d'eau qu'il contient, des acides sulfurique et nitrique se forment.

On sait que l'équilibre alcalino-acide de l'environnement est déterminé par la valeur du pH. Un environnement neutre a un pH de 7, un environnement acide a un pH de 0 et un environnement alcalin a un pH de 14. À l'ère moderne, le pH de l'eau de pluie est de 5,6, bien que dans un passé récent, il était neutre. Une diminution de un de la valeur du pH correspond à une multiplication par dix de l'acidité et, par conséquent, à l'heure actuelle, des pluies avec une acidité accrue tombent presque partout. L'acidité maximale des pluies enregistrée en Europe occidentale était de 4 à 3,5 pH. Il convient de garder à l'esprit qu'un pH de 4 à 4,5 est mortel pour la plupart des poissons.

Les pluies acides ont un effet agressif sur la végétation terrestre, sur les bâtiments industriels et résidentiels et contribuent à une accélération significative de l'altération des roches exposées. L'acidité accrue empêche l'autorégulation de la neutralisation des sols dans lesquels les nutriments se dissolvent. Cela entraîne à son tour une forte diminution du rendement et une dégradation du couvert végétal. L'acidité du sol favorise la libération des sols lourds liés, qui sont progressivement absorbés par les plantes, provoquant de graves dommages aux tissus et pénétrant dans la chaîne alimentaire humaine.

Une modification du potentiel alcalino-acide des eaux marines, notamment dans les eaux peu profondes, entraîne l'arrêt de la reproduction de nombreux invertébrés, provoque la mort des poissons et perturbe l'équilibre écologique des océans.

En raison des pluies acides, les forêts d'Europe occidentale, des États baltes, de Carélie, de l'Oural, de Sibérie et du Canada risquent d'être détruites.

La structure et la composition de l’atmosphère terrestre, il faut le dire, n’ont pas toujours été des valeurs constantes à un moment ou à un autre de l’évolution de notre planète. Aujourd'hui, la structure verticale de cet élément, qui a une « épaisseur » totale de 1,5 à 2 000 km, est représentée par plusieurs couches principales, notamment :

1. La troposphère.
2. Tropopause.
3. Stratosphère.
4. Stratopause.
5. Mésosphère et mésopause.
6. Thermosphère.
7. Exosphère.

Éléments de base de l'atmosphère

La troposphère est une couche dans laquelle on observe de forts mouvements verticaux et horizontaux ; c'est ici que se forment les phénomènes météorologiques, sédimentaires et climatiques. Il s'étend sur 7 à 8 kilomètres de la surface de la planète presque partout, à l'exception des régions polaires (jusqu'à 15 km là-bas). Dans la troposphère, on observe une diminution progressive de la température, d'environ 6,4°C à chaque kilomètre d'altitude. Cet indicateur peut différer selon les latitudes et les saisons.

La composition de l'atmosphère terrestre dans cette partie est représentée par les éléments suivants et leurs pourcentages :

Azote - environ 78 pour cent ;

Oxygène - près de 21 pour cent ;

Argon - environ un pour cent ;

Dioxyde de carbone - moins de 0,05%.

Composition unique jusqu'à une altitude de 90 kilomètres

De plus, on y trouve de la poussière, des gouttelettes d'eau, de la vapeur d'eau, des produits de combustion, des cristaux de glace, des sels marins, de nombreuses particules d'aérosol, etc. Cette composition de l'atmosphère terrestre s'observe jusqu'à environ quatre-vingt-dix kilomètres d'altitude, l'air est donc à peu près la même composition chimique, non seulement dans la troposphère, mais également dans les couches sus-jacentes. Mais là-bas, l'atmosphère a des propriétés physiques fondamentalement différentes. La couche qui a une composition chimique générale s’appelle l’homosphère.

Quels autres éléments composent l’atmosphère terrestre ? En pourcentage (en volume, dans l'air sec) de gaz tels que le krypton (environ 1,14 x 10 -4), le xénon (8,7 x 10 -7), l'hydrogène (5,0 x 10 -5), le méthane (environ 1,7 x 10 -5) sont représentés ici. 4), le protoxyde d'azote (5,0 x 10 -5), etc. En pourcentage massique, la plupart des composants répertoriés sont le protoxyde d'azote et l'hydrogène, suivis de l'hélium, du krypton, etc.

Propriétés physiques des différentes couches atmosphériques

Les propriétés physiques de la troposphère sont étroitement liées à sa proximité avec la surface de la planète. De là, la chaleur solaire réfléchie sous forme de rayons infrarouges est redirigée vers le haut, impliquant des processus de conduction et de convection. C'est pourquoi la température diminue avec l'éloignement de la surface terrestre. Ce phénomène est observé jusqu'à la hauteur de la stratosphère (11-17 kilomètres), puis la température devient quasiment inchangée jusqu'à 34-35 km, puis la température remonte jusqu'à des altitudes de 50 kilomètres (la limite supérieure de la stratosphère). . Entre la stratosphère et la troposphère se trouve une fine couche intermédiaire de tropopause (jusqu'à 1 à 2 km), où des températures constantes sont observées au-dessus de l'équateur - environ moins 70 ° C et en dessous. Au-dessus des pôles, la tropopause « se réchauffe » en été jusqu'à moins 45°C ; en hiver, les températures oscillent ici autour de -65°C.

La composition gazeuse de l'atmosphère terrestre comprend un élément aussi important que l'ozone. Il y en a relativement peu à la surface (dix puissance moins sixième de un pour cent), car le gaz se forme sous l'influence de la lumière solaire à partir de l'oxygène atomique présent dans les parties supérieures de l'atmosphère. En particulier, la majeure partie de l'ozone se trouve à une altitude d'environ 25 km, et l'ensemble de « l'écran d'ozone » est situé dans des zones allant de 7 à 8 km aux pôles, de 18 km à l'équateur et jusqu'à cinquante kilomètres au total au-dessus de l'altitude. surface de la planète.

L'atmosphère protège du rayonnement solaire

La composition de l'air dans l'atmosphère terrestre joue un rôle très important dans la préservation de la vie, car les éléments et compositions chimiques individuels limitent avec succès l'accès du rayonnement solaire à la surface de la Terre et aux personnes, animaux et plantes qui y vivent. Par exemple, les molécules de vapeur d'eau absorbent efficacement presque toutes les gammes de rayonnement infrarouge, à l'exception des longueurs comprises entre 8 et 13 microns. L'ozone absorbe le rayonnement ultraviolet jusqu'à une longueur d'onde de 3100 A. Sans sa fine couche (seulement 3 mm en moyenne si elle est placée à la surface de la planète), seule l'eau à plus de 10 mètres de profondeur et les grottes souterraines où le rayonnement solaire ne pénètre pas. la portée peut être habitée.

Zéro Celsius à la stratopause

Entre les deux niveaux suivants de l'atmosphère, la stratosphère et la mésosphère, se trouve une couche remarquable : la stratopause. Cela correspond approximativement à la hauteur maximale de l'ozone et la température ici est relativement confortable pour l'homme - environ 0°C. Au-dessus de la stratopause, dans la mésosphère (commence quelque part à une altitude de 50 km et se termine à une altitude de 80-90 km), une baisse de température est à nouveau observée à mesure que l'on s'éloigne de la surface de la Terre (jusqu'à moins 70-80°C ). Les météores brûlent généralement complètement dans la mésosphère.

Dans la thermosphère - plus 2000 K !

La composition chimique de l'atmosphère terrestre dans la thermosphère (commence après la mésopause à des altitudes d'environ 85-90 à 800 km) détermine la possibilité d'un phénomène tel que le réchauffement progressif de couches d'« air » très raréfié sous l'influence du rayonnement solaire. . Dans cette partie de la « couverture d'air » de la planète, les températures varient de 200 à 2000 K, obtenues grâce à l'ionisation de l'oxygène (l'oxygène atomique est situé au-dessus de 300 km), ainsi que la recombinaison des atomes d'oxygène en molécules. , accompagné du dégagement d'une grande quantité de chaleur. La thermosphère est le lieu où se produisent les aurores.

Au-dessus de la thermosphère se trouve l'exosphère, la couche externe de l'atmosphère, à partir de laquelle la lumière et les atomes d'hydrogène en mouvement rapide peuvent s'échapper dans l'espace. La composition chimique de l'atmosphère terrestre est représentée ici principalement par des atomes d'oxygène individuels dans les couches inférieures, des atomes d'hélium dans les couches intermédiaires et presque exclusivement des atomes d'hydrogène dans les couches supérieures. Ici, des températures élevées règnent - environ 3 000 K et il n'y a pas de pression atmosphérique.

Comment s’est formée l’atmosphère terrestre ?

Mais comme mentionné ci-dessus, la planète n’a pas toujours eu une telle composition atmosphérique. Au total, il existe trois concepts sur l'origine de cet élément. La première hypothèse suggère que l'atmosphère a été entraînée par un processus d'accrétion à partir d'un nuage protoplanétaire. Cependant, cette théorie fait aujourd’hui l’objet de critiques importantes, car une telle atmosphère primaire aurait dû être détruite par le « vent » solaire provenant d’une étoile de notre système planétaire. De plus, on suppose que les éléments volatils ne pourraient pas être retenus dans la zone de formation des planètes telluriques en raison de températures trop élevées.

La composition de l'atmosphère primaire de la Terre, comme le suggère la deuxième hypothèse, pourrait avoir été formée en raison du bombardement actif de la surface par des astéroïdes et des comètes arrivés du voisinage du système solaire au cours des premiers stades de développement. Il est assez difficile de confirmer ou d'infirmer cette idée.

Expérience à l'Institut de Géographie RAS

La plus plausible semble être la troisième hypothèse, selon laquelle l'atmosphère est apparue à la suite de la libération de gaz du manteau de la croûte terrestre il y a environ 4 milliards d'années. Ce concept a été testé à l'Institut de géographie de l'Académie des sciences de Russie lors d'une expérience appelée « Tsarev 2 », lorsqu'un échantillon d'une substance d'origine météorique a été chauffé sous vide. Ensuite, la libération de gaz tels que H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2, etc. a été enregistrée. Par conséquent, les scientifiques ont supposé à juste titre que la composition chimique de l'atmosphère primaire de la Terre comprenait de l'eau et du dioxyde de carbone, du fluorure d'hydrogène ( HF), monoxyde de carbone (CO), sulfure d'hydrogène (H 2 S), composés azotés, hydrogène, méthane (CH 4), vapeur d'ammoniac (NH 3), argon, etc. La vapeur d'eau de l'atmosphère primaire a participé à la formation de l'hydrosphère, le dioxyde de carbone était dans une plus grande mesure lié aux substances organiques et aux roches, l'azote passait dans la composition de l'air moderne, ainsi qu'à nouveau dans les roches sédimentaires et les substances organiques.

La composition de l'atmosphère primaire de la Terre ne permettait pas aux humains modernes d'y séjourner sans appareil respiratoire, car il n'y avait alors pas d'oxygène en quantité requise. Cet élément est apparu en quantités importantes il y a un milliard et demi d'années, ce qui serait lié au développement du processus de photosynthèse des algues bleu-vert et d'autres algues, qui sont les plus anciens habitants de notre planète.

Oxygène minimum

Le fait que la composition de l'atmosphère terrestre était initialement presque dépourvue d'oxygène est indiqué par le fait que du graphite (carbone) facilement oxydé, mais non oxydé, se trouve dans les roches les plus anciennes (catarchéennes). Par la suite, sont apparus des minerais de fer dits en bandes, qui comprenaient des couches d'oxydes de fer enrichis, ce qui signifie l'apparition sur la planète d'une puissante source d'oxygène sous forme moléculaire. Mais ces éléments n’étaient trouvés que périodiquement (peut-être les mêmes algues ou autres producteurs d’oxygène apparaissaient-ils dans les petites îles d’un désert anoxique), alors que le reste du monde était anaérobie. Cette dernière est étayée par le fait que de la pyrite facilement oxydable a été trouvée sous forme de cailloux traités par écoulement sans traces de réactions chimiques. Étant donné que les eaux courantes ne peuvent pas être mal aérées, l'opinion s'est développée selon laquelle l'atmosphère d'avant le Cambrien contenait moins de 1 pour cent de la composition en oxygène d'aujourd'hui.

Changement révolutionnaire dans la composition de l'air

Approximativement au milieu du Protérozoïque (il y a 1,8 milliard d'années), une « révolution de l'oxygène » s'est produite lorsque le monde est passé à la respiration aérobie, au cours de laquelle l'oxygène peut être obtenu à partir d'une molécule d'un nutriment (le glucose), et non de deux (comme c'est le cas pour le glucose). respiration anaérobie) unités d’énergie. La composition de l'atmosphère terrestre, en termes d'oxygène, a commencé à dépasser un pour cent de ce qu'elle est aujourd'hui, et une couche d'ozone a commencé à apparaître, protégeant les organismes des radiations. C'est d'elle que, par exemple, des animaux aussi anciens que les trilobites se « cachaient » sous d'épaisses coquilles. Depuis lors et jusqu'à nos jours, le contenu de l'élément principal « respiratoire » a augmenté progressivement et lentement, assurant la diversité du développement des formes de vie sur la planète.

Un changement dans la composition de l'atmosphère entraîne un impact sur le régime de rayonnement de l'atmosphère - il s'agit du principal mécanisme d'influence anthropique sur le système climatique mondial au niveau de développement industriel actuel et attendu dans les décennies à venir.

Contribution des gaz à effet de serre atmosphériques (voir. Effet de serre) constitue l'essentiel de cet impact. L'effet des concentrations de gaz à effet de serre sur la température est déterminé par l'absorption du rayonnement à ondes longues provenant de la Terre et, par conséquent, par une diminution du rayonnement effectif à la surface de la Terre. Dans ce cas, les températures maximales augmentent et la température des couches supérieures de l'atmosphère diminue en raison des pertes de rayonnement importantes. Cet effet est renforcé par deux circonstances :

1) une augmentation de la quantité de vapeur d'eau dans l'atmosphère pendant le réchauffement, qui bloque également le rayonnement à ondes longues ;

2) le retrait des glaces polaires lors du réchauffement, ce qui réduit l'albédo de la Terre à des latitudes relativement élevées.

Tous les gaz à effet de serre à longue durée de vie et l'ozone fournissent un forçage radiatif positif (2,9 ± 0,3 W/m2). L'impact total des rayonnements des facteurs anthropiques associés aux changements de concentration de tous les gaz à effet de serre et aérosols est de 1,6 (de 0,6 à 2,4) W/m2. Tous les types d'aérosols créent un effet de rayonnement directement et indirectement en modifiant l'albédo des nuages. L’impact total des aérosols est négatif (–1,3 ± 0,8 W/m2). Cependant, la fiabilité de ces estimations est bien inférieure à celles obtenues pour les gaz à effet de serre (Rapport d'évaluation, 2008).

Gaz à effet de serre dans l’atmosphère qui sont fortement affectés par les activités économiques :

– gaz carbonique(CO2) est le gaz à effet de serre le plus important en termes de contrôle climatique. Au cours des 250 dernières années, sa concentration dans l'atmosphère a augmenté de 35 % sans précédent. En 2005, il s'élevait à 379 millions –1 ;

– méthane(CH4) est le deuxième gaz à effet de serre le plus important après le CO 2 ; sa concentration a augmenté de 2,5 fois par rapport à la période préindustrielle et s'élevait à 1 774 ppb en 2005 ;

– protoxyde d'azote(N2O), sa concentration a augmenté de 18 % en 2005 par rapport à la période préindustrielle et s'élève à 319 milliards –1 ; Actuellement, environ 40 % de la quantité de N 2 O rejetée dans l'atmosphère est due aux activités économiques (engrais, élevage, industrie chimique).

Sur riz. 4.7 l'évolution temporelle de la concentration de dioxyde de carbone est présentée ( UN), le méthane ( b) et du protoxyde d'azote ( V) dans l'atmosphère et leurs changements au cours des 10 000 dernières années et depuis 1750. L'évolution temporelle a été obtenue à partir de mesures dans les dépôts de glace effectuées par divers chercheurs et de mesures dans l'atmosphère. La figure montre clairement l'augmentation progressive du CO 2 et d'autres gaz au cours de l'ère industrielle.

D’après le quatrième rapport d’évaluation du GIEC (2007), on assiste à une augmentation significative des concentrations atmosphériques de gaz à effet climatique au cours de l’ère industrielle. Ainsi, au cours des 250 dernières années, les concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone (CO 2) ont augmenté de 280 à 379 ppm (parties par million par unité de volume). La concentration actuelle de gaz à effet de serre dans l'atmosphère, déterminée par l'analyse des bulles d'air provenant des carottes de glace qui ont préservé la composition de l'ancienne atmosphère de l'Antarctique, est bien plus élevée qu'à aucun moment au cours des 10 000 dernières années. Les concentrations mondiales de méthane dans l’atmosphère sont passées de 715 à 1 774 ppb (parties par milliard par unité de volume) au cours de l’ère industrielle. L’augmentation la plus spectaculaire des concentrations de gaz à effet de serre a été observée au cours des dernières décennies, entraînant un réchauffement de l’atmosphère.

Donc le processus réchauffement climatique moderne se déroule dans un contexte de développement durable augmentation des concentrations de gaz à effet de serre, et tout d'abord, le dioxyde de carbone (CO 2). Ainsi, selon les données de 1999, les émissions de CO 2 résultant de l'activité humaine, provenant de la combustion de combustibles fossiles, ont atteint 6,2 milliards de tonnes en 1996, soit près de 4 fois plus qu'en 1950. De 1750 à 2000, la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère a augmenté de 31 % (Perevedentsev Yu.P., 2009).

L'évolution temporelle de la concentration de CO 2 à la station russe Teriberka (Figure 4.8) montre que le taux moyen de croissance du CO 2 sur 20 ans était de 1,7 million –1 par an, avec des fluctuations saisonnières significatives égales à 15÷20 millions –1.

Riz. 2.8. Évolution temporelle de la concentration de CO 2 dans l'atmosphère à la station Teriberka (péninsule de Kola) pour la période d'observation depuis 1988. Les points et les lignes montrent des mesures uniques ( 1 ), variation saisonnière lissée ( 2 ) et tendance à long terme ( 3 ) CO 2 Concentration de CO 2, ppm (OD, 2008)

Le mécanisme de l’effet de serre s’explique par la différence de capacité d’absorption de l’atmosphère entre le rayonnement solaire arrivant sur la Terre et le rayonnement sortant de la Terre. La Terre reçoit un rayonnement du Soleil dans une large bande du spectre avec une longueur d'onde moyenne d'environ 0,5 micron, et ce rayonnement à ondes courtes traverse presque l'atmosphère. La Terre émet l’énergie reçue presque comme un corps complètement noir dans la gamme infrarouge des ondes longues, avec une longueur d’onde moyenne d’environ 10 microns. Dans cette gamme, de nombreux gaz (CO 2, CH 4, H 2 O, etc.) ont de nombreuses bandes d'absorption ; ces gaz absorbent le rayonnement, ils dégagent donc de la chaleur et réchauffent en grande partie l'atmosphère. Le dioxyde de carbone absorbe intensément le rayonnement provenant de la Terre dans la plage de 12 à 18 microns et est l'un des principaux facteurs provoquant l'effet de serre (Perevedentsev Yu.P., 2009).

Le réchauffement climatique moderne. Le fait que le climat moderne change est reconnu par tous, puisque les mesures instrumentales et les indicateurs naturels indiquent une chose : au cours des dernières décennies, il y a eu un réchauffement significatif du climat de la planète. Au cours du siècle dernier (1906-2005), un réseau météorologique au sol a enregistré une augmentation significative de la température mondiale moyenne à la surface de la Terre, de 0,74 °C. Des désaccords surviennent lorsqu’on discute de la cause du réchauffement. Dans le quatrième rapport d'évaluation, les experts du GIEC (2007) tirent des conclusions sur les causes du réchauffement observé : la probabilité que le changement climatique au cours des 50 dernières années se soit produit sans influence externe (anthropique) est évaluée comme extrêmement faible (<5%). С высокой степенью вероятности (>90 %) affirment que les changements observés au cours des 50 dernières années sont causés non seulement par des influences naturelles, mais aussi par des influences externes. Avec un niveau de confiance >90 %, le rapport indique que les concentrations croissantes de gaz à effet de serre anthropiques sont responsables de l'essentiel du réchauffement climatique depuis le milieu du 20e siècle.

Il existe d'autres points de vue sur les causes du réchauffement - un facteur interne, une variabilité naturelle qui provoque des fluctuations de température, à la fois dans le sens du réchauffement et dans le sens du refroidissement. Ainsi, dans les travaux (Datsenko N.M., Monin A.S., Sonechkin D.M., 2004), les partisans de ce concept indiquent que la période d'augmentation la plus intense de la température mondiale du 20e siècle (années 90) tombe sur la branche ascendante des années 60. fluctuations estivales, identifiées par eux dans les indices caractérisant l'état thermique et circulatoire de l'atmosphère. Dans le même temps, il est suggéré que les fluctuations climatiques modernes sont une conséquence de réactions non linéaires du système climatique à des influences externes quasi périodiques (cycles de marées lunaires-solaires et d'activité solaire, cycles de révolution des plus grandes planètes du système solaire). autour d'un centre commun, etc.) (Perevedentsev Yu.P., 2009).

Pour la première fois, l'augmentation des émissions industrielles de CO 2 dans l'atmosphère a été établie par S.E. Suess au début des années 50 du XXe siècle. En se basant sur les modifications du taux de carbone dans les cernes des arbres, Suess a conclu que le dioxyde de carbone atmosphérique a été reconstitué grâce aux émissions de CO 2 provenant de la combustion de combustibles fossiles depuis la seconde moitié du 19e siècle. Il a découvert que le rapport du C 14 radioactif, constamment formé dans l'atmosphère sous l'action de particules cosmiques, au C 12 stable a diminué au cours des cent dernières années en raison de la « dilution » du CO 2 atmosphérique par le flux de CO 2 provenant des combustibles fossiles, qui ne contiennent pratiquement pas de C (demi-vie C 14 est égale à 5 730 ans). Ainsi, une augmentation des émissions industrielles de CO 2 dans l'atmosphère a été détectée sur la base de mesures dans les cernes des arbres. Ce n'est qu'en 1958 que l'enregistrement des concentrations atmosphériques de CO 2 a commencé à la station Mauna Loa, dans l'océan Pacifique.

Riz. 4.7. Évolution temporelle de la concentration de dioxyde de carbone ( UN), le méthane ( b) et du protoxyde d'azote ( V) dans l'atmosphère et leurs évolutions au cours des 10 000 dernières années (grand panneau) et depuis 1750 (plus petit panneau inséré à l'intérieur). Résultats de mesures dans les dépôts de glace (symboles de différentes couleurs et configurations) par différents chercheurs et mesures dans l'atmosphère (courbe rouge). L'échelle d'évaluation correspondant aux concentrations mesurées d'impacts radioactifs est indiquée sur les grands panneaux du côté droit (Rapport d'évaluation sur le changement climatique et ses conséquences sur le territoire de la Fédération de Russie (AR), 2008).

l'atmosphère terrestre

Atmosphère(depuis. Grec ancienἀτμός - vapeur et σφαῖρα - balle) - gaz coquille ( géosphère), entourant la planète Terre. Sa surface intérieure recouvre hydrosphère et partiellement aboyer, l'extérieur borde la partie proche de la Terre de l'espace extra-atmosphérique.

L'ensemble des branches de la physique et de la chimie qui étudient l'atmosphère est généralement appelé physique atmosphérique. L'atmosphère détermine météoà la surface de la Terre, étudiant la météo météorologie, et variations à long terme climat - climatologie.

La structure de l'atmosphère

La structure de l'atmosphère

Troposphère

Sa limite supérieure se situe à une altitude de 8 à 10 km aux latitudes polaires, de 10 à 12 km aux latitudes tempérées et de 16 à 18 km aux latitudes tropicales ; plus faible en hiver qu'en été. La couche inférieure et principale de l’atmosphère. Contient plus de 80 % de la masse totale de l'air atmosphérique et environ 90 % de toute la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère. Dans la troposphère sont très développés turbulence Et convection, surgir des nuages, se développent cyclones Et anticyclones. La température diminue avec l'augmentation de l'altitude avec une verticale moyenne pente 0,65°/100 m

Sont considérées comme « conditions normales » à la surface de la Terre : densité 1,2 kg/m3, pression barométrique 101,35 kPa, température plus 20 °C et humidité relative 50 %. Ces indicateurs conditionnels ont une signification purement technique.

Stratosphère

Couche de l'atmosphère située à une altitude de 11 à 50 km. Caractérisé par un léger changement de température dans la couche 11-25 km (couche inférieure de la stratosphère) et une augmentation dans la couche 25-40 km de −56,5 à 0,8° AVEC(couche supérieure de la stratosphère ou de la région inversions). Ayant atteint une valeur d'environ 273 K (presque 0°C) à une altitude d'environ 40 km, la température reste constante jusqu'à une altitude d'environ 55 km. Cette région à température constante est appelée stratopause et constitue la frontière entre la stratosphère et mésosphère.

Stratopause

Couche limite de l'atmosphère entre la stratosphère et la mésosphère. Dans la répartition verticale de la température, il existe un maximum (environ 0 °C).

Mésosphère

l'atmosphère terrestre

Mésosphère commence à une altitude de 50 km et s'étend jusqu'à 80-90 km. La température diminue avec l'altitude avec un gradient vertical moyen de (0,25-0,3)°/100 m. Le principal processus énergétique est le transfert de chaleur radiante. Processus photochimiques complexes impliquant radicaux libres, les molécules excitées par les vibrations, etc., provoquent la lueur de l'atmosphère.

Mésopause

Couche de transition entre la mésosphère et la thermosphère. Il existe un minimum dans la répartition verticale de la température (environ -90 °C).

Ligne Karman

Hauteur au-dessus du niveau de la mer, qui est conventionnellement acceptée comme limite entre l'atmosphère terrestre et l'espace.

Thermosphère

Article principal: Thermosphère

La limite supérieure est d'environ 800 km. La température monte jusqu'à des altitudes de 200 à 300 km, où elle atteint des valeurs de l'ordre de 1 500 K, après quoi elle reste presque constante jusqu'aux hautes altitudes. Sous l’influence du rayonnement solaire ultraviolet et des rayons X et du rayonnement cosmique, l’ionisation de l’air se produit (« aurores") - zones principales ionosphère se trouvent à l’intérieur de la thermosphère. Aux altitudes supérieures à 300 km, l'oxygène atomique prédomine.

Couches atmosphériques jusqu'à 120 km d'altitude

Exosphère (sphère de diffusion)

Exosphère- zone de dispersion, partie externe de la thermosphère, située au-dessus de 700 km. Le gaz dans l'exosphère est très raréfié et de là ses particules s'échappent dans l'espace interplanétaire ( dissipation).

Jusqu’à 100 km d’altitude, l’atmosphère est un mélange de gaz homogène et bien mélangé. Dans les couches supérieures, la répartition des gaz en hauteur dépend de leur poids moléculaire ; la concentration des gaz plus lourds diminue plus rapidement avec la distance à la surface de la Terre. En raison de la diminution de la densité du gaz, la température passe de 0 °C dans la stratosphère à −110 °C dans la mésosphère. Cependant, l’énergie cinétique des particules individuelles à des altitudes de 200 à 250 km correspond à une température d’environ 1 500 °C. Au-dessus de 200 km, des fluctuations importantes de température et de densité de gaz sont observées dans le temps et dans l'espace.

À une altitude d'environ 2 000 à 3 000 km, l'exosphère se transforme progressivement en ce qu'on appelle vide proche de l'espace, qui est rempli de particules hautement raréfiées de gaz interplanétaire, principalement des atomes d'hydrogène. Mais ce gaz ne représente qu’une partie de la matière interplanétaire. L’autre partie est constituée de particules de poussières d’origine cométaire et météorique. Outre les particules de poussière extrêmement raréfiées, des rayonnements électromagnétiques et corpusculaires d'origine solaire et galactique pénètrent dans cet espace.

La troposphère représente environ 80 % de la masse de l'atmosphère, la stratosphère - environ 20 % ; la masse de la mésosphère ne dépasse pas 0,3 %, la thermosphère représente moins de 0,05 % de la masse totale de l'atmosphère. Sur la base des propriétés électriques de l’atmosphère, on distingue la neutronosphère et l’ionosphère. On pense actuellement que l’atmosphère s’étend jusqu’à une altitude de 2 000 à 3 000 km.

Selon la composition du gaz présent dans l'atmosphère, ils émettent homosphère Et hétérosphère. Hétérosphère - C'est la zone où la gravité affecte la séparation des gaz, puisque leur mélange à une telle altitude est négligeable. Cela implique une composition variable de l'hétérosphère. En dessous se trouve une partie homogène et bien mélangée de l'atmosphère, appelée homosphère. La frontière entre ces couches est appelée pause turbo, il se trouve à une altitude d'environ 120 km.

Propriétés physiques

L'épaisseur de l'atmosphère se situe à environ 2 000 à 3 000 km de la surface de la Terre. Masse totale air- (5,1-5,3)×10 18 kg. Masse molaire l'air propre et sec est de 28,966. Pressionà 0 °C au niveau de la mer 101,325 kPa; température critique?140,7 °C ; pression critique 3,7 MPa ; C p 1,0048 × 10 3 J/(kg K) (à 0 °C), C v 0,7159 × 10 3 J/(kg K) (à 0 °C). La solubilité de l'air dans l'eau à 0 °C est de 0,036 %, à 25 °C de 0,22 %.

Propriétés physiologiques et autres de l'atmosphère

Déjà à une altitude de 5 km au dessus du niveau de la mer, une personne non formée développe manque d'oxygène et sans adaptation, les performances d’une personne sont considérablement réduites. La zone physiologique de l'atmosphère se termine ici. La respiration humaine devient impossible à une altitude de 15 km, même si jusqu'à environ 115 km l'atmosphère contient de l'oxygène.

L'atmosphère nous fournit l'oxygène nécessaire à la respiration. Cependant, en raison de la baisse de la pression totale de l’atmosphère, à mesure que l’on monte en altitude, la pression partielle de l’oxygène diminue en conséquence.

Les poumons humains contiennent en permanence environ 3 litres d'air alvéolaire. Pression partielle l'oxygène dans l'air alvéolaire à pression atmosphérique normale est de 110 mm Hg. Art., pression de dioxyde de carbone - 40 mm Hg. Art., et vapeur d'eau - 47 mm Hg. Art. Avec l'augmentation de l'altitude, la pression de l'oxygène diminue et la pression totale de vapeur d'eau et de dioxyde de carbone dans les poumons reste presque constante - environ 87 mm Hg. Art. L’apport d’oxygène aux poumons s’arrêtera complètement lorsque la pression de l’air ambiant deviendra égale à cette valeur.

À une altitude d'environ 19-20 km, la pression atmosphérique chute à 47 mm Hg. Art. Par conséquent, à cette altitude, l’eau et le liquide interstitiel commencent à bouillir dans le corps humain. En dehors de la cabine pressurisée, à ces altitudes, la mort survient presque instantanément. Ainsi, du point de vue de la physiologie humaine, « l'espace » commence déjà à une altitude de 15 à 19 km.

Des couches d'air denses - la troposphère et la stratosphère - nous protègent des effets néfastes des rayonnements. Avec une raréfaction de l'air suffisante, à plus de 36 km d'altitude, les agents ionisants ont un effet intense sur l'organisme. radiation- les rayons cosmiques primaires ; À des altitudes supérieures à 40 km, la partie ultraviolette du spectre solaire est dangereuse pour l'homme.

À mesure que nous nous élevons de plus en plus au-dessus de la surface de la Terre, des phénomènes aussi familiers observés dans les couches inférieures de l'atmosphère que la propagation du son, l'émergence de phénomènes aérodynamiques ascenseur et résistance, transfert de chaleur convection et etc.

Dans les couches d'air raréfiées, la distribution son s'avère impossible. Jusqu'à des altitudes de 60 à 90 km, il est encore possible d'utiliser la résistance de l'air et la portance pour un vol aérodynamique contrôlé. Mais à partir d'altitudes de 100-130 km, des concepts familiers à tout pilote chiffres M Et mur du son perdent leur sens, il y a un conditionnel Ligne Karman au-delà de quoi commence la sphère du vol purement balistique, qui ne peut être contrôlée que par des forces réactives.

À des altitudes supérieures à 100 km, l'atmosphère est privée d'une autre propriété remarquable : la capacité d'absorber, de conduire et de transmettre l'énergie thermique par convection (c'est-à-dire en mélangeant l'air). Cela signifie que divers éléments d'équipement de la station spatiale orbitale ne pourront pas être refroidis de l'extérieur de la même manière que cela se fait habituellement dans un avion - à l'aide de jets d'air et de radiateurs à air. À une telle hauteur, comme dans l'espace en général, la seule façon de transférer la chaleur est Radiation thermique.

Composition atmosphérique

Composition de l'air sec

L'atmosphère terrestre est principalement constituée de gaz et d'impuretés diverses (poussières, gouttelettes d'eau, cristaux de glace, sels marins, produits de combustion).

La concentration des gaz qui composent l'atmosphère est quasi constante, à l'exception de l'eau (H 2 O) et du dioxyde de carbone (CO 2).

Composition de l'air sec
Azote
Oxygène
Argon
Eau
Gaz carbonique
Néon
Hélium
Méthane
Krypton
Hydrogène
Xénon
Protoxyde d'azote

En plus des gaz indiqués dans le tableau, l'atmosphère contient du SO 2, NH 3, CO, ozone, hydrocarbures, HCl, HF, des couples Hg, je 2 , et aussi NON et de nombreux autres gaz en petites quantités. La troposphère contient en permanence un grand nombre de particules solides et liquides en suspension ( aérosol).

Histoire de la formation atmosphérique

Selon la théorie la plus courante, l’atmosphère terrestre a eu quatre compositions différentes au fil du temps. Initialement, il s'agissait de gaz légers ( hydrogène Et hélium), capturé depuis l'espace interplanétaire. C'est ce qu'on appelle atmosphère primaire(il y a environ quatre milliards d'années). A l'étape suivante, l'activité volcanique active a conduit à la saturation de l'atmosphère avec des gaz autres que l'hydrogène (dioxyde de carbone, ammoniac, vapeur d'eau). C'est ainsi qu'il a été formé atmosphère secondaire(environ trois milliards d'années avant nos jours). Cette atmosphère était réparatrice. De plus, le processus de formation de l’atmosphère a été déterminé par les facteurs suivants :

fuite de gaz légers (hydrogène et hélium) dans espace interplanétaire;

réactions chimiques se produisant dans l'atmosphère sous l'influence du rayonnement ultraviolet, des éclairs et de certains autres facteurs.

Peu à peu, ces facteurs ont conduit à la formation ambiance tertiaire, caractérisé par une teneur beaucoup plus faible en hydrogène et une teneur beaucoup plus élevée en azote et en dioxyde de carbone (formés à la suite de réactions chimiques à partir de l'ammoniac et des hydrocarbures).

Azote

La formation d'une grande quantité de N 2 est due à l'oxydation de l'atmosphère ammoniac-hydrogène par l'O 2 moléculaire, qui a commencé à provenir de la surface de la planète à la suite de la photosynthèse, il y a 3 milliards d'années. Le N2 est également rejeté dans l'atmosphère à la suite de la dénitrification des nitrates et d'autres composés contenant de l'azote. L'azote est oxydé par l'ozone en NO dans la haute atmosphère.

L'azote N 2 ne réagit que dans des conditions spécifiques (par exemple, lors d'une décharge de foudre). L'oxydation de l'azote moléculaire par l'ozone lors de décharges électriques est utilisée dans la production industrielle d'engrais azotés. Ils peuvent l'oxyder avec une faible consommation d'énergie et le convertir en une forme biologiquement active. cyanobactéries (algues bleu-vert) et des bactéries nodulaires qui forment des rhizobies symbiose Avec les légumineuses plantes, appelées engrais verts.

Oxygène

La composition de l'atmosphère a commencé à changer radicalement avec l'apparition sur Terre les organismes vivants, par conséquent photosynthèse accompagné de la libération d'oxygène et de l'absorption de dioxyde de carbone. Initialement, l'oxygène était dépensé pour l'oxydation de composés réduits - ammoniac, hydrocarbures, forme nitreuse glande contenu dans les océans, etc. A la fin de cette étape, la teneur en oxygène de l'atmosphère a commencé à augmenter. Peu à peu, une atmosphère moderne aux propriétés oxydantes se forme. Puisque cela a provoqué des changements sérieux et brusques dans de nombreux processus se produisant dans atmosphère, lithosphère Et biosphère, cet événement s'appelait Catastrophe de l'oxygène.

Pendant Phanérozoïque la composition de l'atmosphère et la teneur en oxygène ont subi des changements. Ils étaient principalement corrélés à la vitesse de dépôt des sédiments organiques. Ainsi, pendant les périodes d'accumulation de charbon, la teneur en oxygène de l'atmosphère dépassait apparemment largement le niveau moderne.

Gaz carbonique

La teneur en CO 2 dans l'atmosphère dépend de l'activité volcanique et des processus chimiques dans les coquilles terrestres, mais surtout de l'intensité de la biosynthèse et de la décomposition de la matière organique dans biosphère Terre. La quasi-totalité de la biomasse actuelle de la planète (environ 2,4 × 10 12 tonnes ) se forme à cause du dioxyde de carbone, de l'azote et de la vapeur d'eau contenus dans l'air atmosphérique. Enterré dans océan, V les marais et en les forêts la matière organique se transforme en charbon, huile Et gaz naturel. (cm. Cycle géochimique du carbone)

gaz nobles

Source de gaz inertes - argon, hélium Et krypton- les éruptions volcaniques et la désintégration des éléments radioactifs. La Terre en général et l’atmosphère en particulier sont dépourvues de gaz inertes par rapport à l’espace. On pense que la raison en est la fuite continue de gaz dans l'espace interplanétaire.

La pollution de l'air

Récemment, l'évolution de l'atmosphère a commencé à être influencée par Humain. Le résultat de ses activités a été une augmentation constante et significative de la teneur en dioxyde de carbone dans l'atmosphère en raison de la combustion d'hydrocarbures accumulés au cours des ères géologiques précédentes. D'énormes quantités de CO 2 sont consommées lors de la photosynthèse et absorbées par les océans de la planète. Ce gaz pénètre dans l'atmosphère en raison de la décomposition des roches carbonatées et des substances organiques d'origine végétale et animale, ainsi qu'en raison du volcanisme et de l'activité industrielle humaine. Au cours des 100 dernières années, la teneur en CO 2 de l'atmosphère a augmenté de 10 %, la majeure partie (360 milliards de tonnes) provenant de la combustion de carburants. Si le taux de croissance de la combustion des carburants se poursuit, au cours des 50 à 60 prochaines années, la quantité de CO 2 dans l'atmosphère doublera et pourrait conduire à changement climatique mondial.

La combustion des carburants est la principale source de gaz polluants ( CO, NON, DONC 2 ). Le dioxyde de soufre est oxydé par l'oxygène atmosphérique pour former DONC 3 dans les couches supérieures de l'atmosphère, qui à son tour interagit avec la vapeur d'eau et d'ammoniac, et le résultat acide sulfurique (H 2 DONC 4 ) Et sulfate d'ammonium ((NH 4 ) 2 DONC 4 ) revenir à la surface de la Terre sous la forme de ce qu'on appelle. pluie acide. Usage moteurs à combustion interne entraîne une pollution atmosphérique importante par des oxydes d'azote, des hydrocarbures et des composés de plomb ( plomb tétraéthyle Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

La pollution de l'atmosphère par les aérosols est causée à la fois par des causes naturelles (éruptions volcaniques, tempêtes de poussière, entraînement de gouttes d'eau de mer et de pollen végétal, etc.) et par des activités économiques humaines (extraction de minerais et de matériaux de construction, combustion de carburant, fabrication de ciment, etc. ). Le rejet intense et à grande échelle de particules dans l’atmosphère est l’une des causes possibles du changement climatique sur la planète.

L’enveloppe gazeuse entourant notre planète Terre, appelée atmosphère, est constituée de cinq couches principales. Ces couches proviennent de la surface de la planète, du niveau de la mer (parfois en dessous) et s'élèvent vers l'espace extra-atmosphérique dans la séquence suivante :

• Troposphère;
• Stratosphère;
• Mésosphère ;
• Thermosphère ;
• Exosphère.

Schéma des principales couches de l'atmosphère terrestre

Entre chacune de ces cinq couches principales se trouvent des zones de transition appelées « pauses » où se produisent des changements de température, de composition et de densité de l’air. Avec les pauses, l'atmosphère terrestre comprend un total de 9 couches.

Troposphère : là où le temps se produit

De toutes les couches de l'atmosphère, la troposphère est celle que nous connaissons le mieux (que vous le réalisiez ou non), puisque nous vivons sur sa partie inférieure, la surface de la planète. Il enveloppe la surface de la Terre et s’étend vers le haut sur plusieurs kilomètres. Le mot troposphère signifie « changement du globe ». Un nom très approprié, puisque c’est dans cette couche que se produit notre météo quotidienne.

Partant de la surface de la planète, la troposphère s'élève jusqu'à une hauteur de 6 à 20 km. Le tiers inférieur de la couche, le plus proche de nous, contient 50 % de tous les gaz atmosphériques. C'est la seule partie de toute l'atmosphère qui respire. Du fait que l'air est chauffé par le bas par la surface de la Terre, qui absorbe l'énergie thermique du Soleil, la température et la pression de la troposphère diminuent avec l'augmentation de l'altitude.

Au sommet se trouve une fine couche appelée tropopause, qui n’est qu’un tampon entre la troposphère et la stratosphère.

Stratosphère : foyer de l'ozone

La stratosphère est la couche suivante de l'atmosphère. Il s'étend de 6 à 20 km à 50 km au-dessus de la surface de la Terre. C’est la couche dans laquelle volent la plupart des avions de ligne commerciaux et des montgolfières.

Ici, l'air ne circule pas de haut en bas, mais se déplace parallèlement à la surface dans des courants d'air très rapides. À mesure que l'on augmente, la température augmente, grâce à l'abondance d'ozone (O3) d'origine naturelle, un sous-produit du rayonnement solaire et de l'oxygène, qui a la capacité d'absorber les rayons ultraviolets nocifs du soleil (toute augmentation de la température avec l'altitude en météorologie est connue comme une "inversion").

Parce que la stratosphère a des températures plus chaudes au bas et des températures plus froides au sommet, la convection (mouvement vertical des masses d'air) est rare dans cette partie de l'atmosphère. En fait, vous pouvez observer une tempête qui fait rage dans la troposphère depuis la stratosphère, car la couche agit comme une calotte de convection qui empêche les nuages ​​​​orageux de pénétrer.

Après la stratosphère se trouve à nouveau une couche tampon, cette fois appelée stratopause.

Mésosphère : atmosphère moyenne

La mésosphère est située à environ 50 à 80 km de la surface de la Terre. La haute mésosphère est l'endroit naturel le plus froid de la planète, où les températures peuvent descendre en dessous de -143°C.

Thermosphère : haute atmosphère

Après la mésosphère et la mésopause vient la thermosphère, située entre 80 et 700 km au-dessus de la surface de la planète, et contient moins de 0,01 % de l'air total de l'enveloppe atmosphérique. Les températures ici atteignent jusqu'à +2000°C, mais en raison de l'extrême rareté de l'air et du manque de molécules de gaz pour transférer la chaleur, ces températures élevées sont perçues comme très froides.

Exosphère : la frontière entre l'atmosphère et l'espace

À une altitude d'environ 700 à 10 000 km au-dessus de la surface de la Terre se trouve l'exosphère - la limite externe de l'atmosphère, limitrophe de l'espace. Ici, les satellites météorologiques tournent autour de la Terre.

Et l'ionosphère ?

L'ionosphère n'est pas une couche distincte, mais en fait le terme est utilisé pour désigner l'atmosphère entre 60 et 1 000 km d'altitude. Il comprend les parties supérieures de la mésosphère, la totalité de la thermosphère et une partie de l'exosphère. L'ionosphère tire son nom du fait que dans cette partie de l'atmosphère, le rayonnement du Soleil est ionisé lorsqu'il traverse les champs magnétiques terrestres en et. Ce phénomène est observé depuis le sol sous forme d'aurores boréales.