Sastav zemljine atmosfere u postocima. Atmosfera zemlje

Atmosfera je mješavina raznih plinova. Proteže se od površine Zemlje do visine od 900 km, štiteći planet od štetnog spektra sunčevog zračenja, a sadrži plinove neophodne za sav život na planetu. Atmosfera zadržava toplinu od sunca, zagrijava zemljinu površinu i stvara povoljnu klimu.

Atmosferski sastav

Zemljina atmosfera sastoji se uglavnom od dva plina - dušika (78%) i kisika (21%). Osim toga, sadrži nečistoće ugljičnog dioksida i drugih plinova. u atmosferi postoji u obliku pare, kapljica vlage u oblacima i kristala leda.

Slojevi atmosfere

Atmosfera se sastoji od mnogo slojeva, između kojih nema jasnih granica. Temperature različitih slojeva značajno se razlikuju jedna od druge.

• Bezzračna magnetosfera. Ovo je mjesto gdje većina Zemljinih satelita leti izvan Zemljine atmosfere.
• Egzosfera (450-500 km od površine). Skoro da nema plinova. Neki vremenski sateliti lete u egzosferi. Termosferu (80-450 km) karakteriziraju visoke temperature koje u gornjem sloju dosežu 1700°C.
• Mezosfera (50-80 km). U ovom području temperatura opada kako se nadmorska visina povećava. Tu izgara većina meteorita (fragmenata svemirskog kamenja) koji uđu u atmosferu.
• Stratosfera (15-50 km). Sadrži ozonski omotač, tj. sloj ozona koji apsorbira ultraljubičasto zračenje Sunca. To uzrokuje porast temperatura u blizini površine Zemlje. Ovdje obično lete mlazni avioni jer Vidljivost u ovom sloju je vrlo dobra i gotovo da nema smetnji uzrokovanih vremenskim uvjetima.
• Troposfera. Visina varira od 8 do 15 km od površine zemlje. Ovdje se formira vrijeme planeta, od godine Ovaj sloj sadrži najviše vodene pare, prašine i vjetrova. Temperatura opada s udaljavanjem od površine zemlje.

Atmosferski tlak

Iako to ne osjećamo, slojevi atmosfere vrše pritisak na Zemljinu površinu. Najviša je pri površini, a kako se udaljavate od nje postupno se smanjuje. Ovisi o temperaturnoj razlici između kopna i oceana, pa stoga u područjima koja se nalaze na istoj visini iznad razine mora često postoje različiti pritisci. Niski tlak donosi vlažno vrijeme, dok visoki tlak obično donosi vedro vrijeme.

Kretanje zračnih masa u atmosferi

A pritisci tjeraju niže slojeve atmosfere na miješanje. Tako nastaju vjetrovi koji pušu iz područja visokog tlaka u područja niskog tlaka. U mnogim regijama lokalni vjetrovi nastaju i zbog razlika u temperaturi između kopna i mora. Znatan utjecaj na smjer vjetrova imaju i planine.

Efekt staklenika

Ugljični dioksid i drugi plinovi koji čine zemljinu atmosferu zadržavaju sunčevu toplinu. Taj se proces obično naziva efekt staklenika, budući da umnogome podsjeća na kruženje topline u staklenicima. Efekt staklenika uzrokuje globalno zagrijavanje planeta. U područjima visokog tlaka – anticikloni – stiže vedro sunčano vrijeme. Područja niskog tlaka - ciklone - obično imaju nestabilno vrijeme. Toplina i svjetlost ulaze u atmosferu. Plinovi zadržavaju toplinu reflektiranu od Zemljine površine, uzrokujući tako povećanje temperature na Zemlji.

U stratosferi postoji poseban ozonski omotač. Ozon blokira većinu sunčevog ultraljubičastog zračenja, štiteći Zemlju i sav život na njoj od njega. Znanstvenici su otkrili da su uzrok uništavanja ozonskog omotača posebni plinovi klorofluorougljikov dioksid sadržani u nekim aerosolima i rashladnoj opremi. Iznad Arktika i Antarktike otkrivene su goleme rupe u ozonskom omotaču koje pridonose povećanju količine ultraljubičastog zračenja koje utječe na Zemljinu površinu.

Ozon nastaje u nižim slojevima atmosfere kao rezultat između sunčevog zračenja i različitih ispušnih plinova i plinova. Obično se rasprši po atmosferi, ali ako se ispod sloja toplog zraka formira zatvoreni sloj hladnog zraka, ozon se koncentrira i dolazi do smoga. Nažalost, to ne može nadomjestiti ozon izgubljen u ozonskim rupama.

Na ovoj satelitskoj fotografiji jasno se vidi rupa u ozonskom omotaču iznad Antarktika. Veličina rupe varira, ali znanstvenici vjeruju da neprestano raste. Nastoji se smanjiti razina ispušnih plinova u atmosferi. Trebalo bi smanjiti onečišćenje zraka i koristiti bezdimna goriva u gradovima. Smog uzrokuje iritaciju očiju i gušenje kod mnogih ljudi.

Nastanak i razvoj Zemljine atmosfere

Moderna atmosfera Zemlje rezultat je dugog evolucijskog razvoja. Nastao je kao rezultat kombiniranog djelovanja geoloških čimbenika i vitalne aktivnosti organizama. Kroz geološku povijest, Zemljina je atmosfera prošla kroz nekoliko dubokih promjena. Na temelju geoloških podataka i teoretskih premisa, primordijalna atmosfera mlade Zemlje, koja je postojala prije oko 4 milijarde godina, mogla bi se sastojati od mješavine inertnih i plemenitih plinova s ​​malim dodatkom pasivnog dušika (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, 1991., 1993.). otplinjavanja plašta i aktivnih procesa trošenja na zemljinoj površini, vodena para, ugljikovi spojevi u obliku CO 2 i CO, sumpor i njegovi spojevi počeli su ulaziti u atmosferu, kao i jake halogene kiseline - HCI, HF , HI i borne kiseline, koji su bili dopunjeni metanom, amonijakom, vodikom, argonom i nekim drugim plemenitim plinovima u atmosferi. Ova primarna atmosfera bila je izuzetno tanka. Stoga je temperatura na zemljinoj površini bila blizu temperature radijacijske ravnoteže (A. S. Monin, 1977).

S vremenom se plinski sastav primarne atmosfere počeo transformirati pod utjecajem procesa trošenja stijena koje strše na zemljinoj površini, aktivnosti cijanobakterija i modrozelenih algi, vulkanskih procesa i djelovanja sunčeve svjetlosti. To je dovelo do razgradnje metana u ugljikov dioksid, amonijaka u dušik i vodik; Ugljični dioksid, koji je polako tonuo na površinu zemlje, i dušik počeli su se nakupljati u sekundarnoj atmosferi. Zahvaljujući vitalnoj aktivnosti modrozelenih algi, u procesu fotosinteze počeo se proizvoditi kisik, koji se, međutim, u početku uglavnom trošio na “oksidaciju atmosferskih plinova, a potom i stijena. Istodobno, amonijak, oksidiran u molekularni dušik, počeo se intenzivno nakupljati u atmosferi. Pretpostavlja se da je značajna količina dušika u modernoj atmosferi reliktna. Metan i ugljikov monoksid oksidirali su u ugljikov dioksid. Sumpor i sumporovodik su oksidirani u SO 2 i SO 3, koji su zbog svoje velike pokretljivosti i lakoće brzo uklonjeni iz atmosfere. Tako se atmosfera iz redukcijske, kakva je bila u arheju i ranom proterozoiku, postupno pretvorila u oksidacijsku.

Ugljični dioksid je ušao u atmosferu i kao rezultat oksidacije metana i kao rezultat otplinjavanja plašta i trošenja stijena. U slučaju da se sav ugljični dioksid ispušten tijekom cijele povijesti Zemlje sačuvao u atmosferi, njezin parcijalni tlak sada bi mogao postati isti kao na Veneri (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991.). Ali na Zemlji je na djelu bio obrnuti proces. Značajan dio ugljičnog dioksida iz atmosfere otopljen je u hidrosferi, u kojoj su ga hidrobionti iskoristili za izgradnju svojih ljuštura i biogenički pretvoreni u karbonate. Naknadno su iz njih nastali debeli slojevi kemogenih i organogenih karbonata.

Kisik je u atmosferu ušao iz tri izvora. Dugo vremena, počevši od trenutka kada se Zemlja pojavila, oslobađao se tijekom otplinjavanja plašta i uglavnom se trošio na oksidativne procese Drugi izvor kisika bila je fotodisocijacija vodene pare jakim ultraljubičastim sunčevim zračenjem. Izgledi; slobodni kisik u atmosferi doveo je do smrti većine prokariota koji su živjeli u redukcijskim uvjetima. Prokariotski organizmi promijenili su svoja staništa. Napustili su površinu Zemlje u njezine dubine i područja gdje su još uvijek postojali uvjeti za oporavak. Zamijenili su ih eukarioti koji su počeli energično pretvarati ugljikov dioksid u kisik.

Tijekom arheja i značajnog dijela proterozoika, gotovo sav kisik nastao i abiogenim i biogenim putem uglavnom je potrošen na oksidaciju željeza i sumpora. Do kraja proterozoika svo metalno dvovalentno željezo koje se nalazilo na zemljinoj površini ili je oksidiralo ili se preselilo u zemljinu jezgru. To je uzrokovalo promjenu parcijalnog tlaka kisika u atmosferi ranog proterozoika.

Sredinom proterozoika koncentracija kisika u atmosferi dosegla je točku Jury i iznosila je 0,01% moderne razine. Počevši od tog vremena, kisik se počeo nakupljati u atmosferi i, vjerojatno, već na kraju Rifeja njegov je sadržaj dosegao Pasteurovu točku (0,1% moderne razine). Moguće je da se ozonski omotač pojavio u vendskom razdoblju i da više nikada nije nestao.

Pojava slobodnog kisika u zemljinoj atmosferi potaknula je evoluciju života i dovela do pojave novih oblika s naprednijim metabolizmom. Ako su ranije eukariotske jednostanične alge i cijaneje, koje su se pojavile početkom proterozoika, zahtijevale sadržaj kisika u vodi od samo 10 -3 njegove današnje koncentracije, onda je s pojavom neskeletnih Metazoa na kraju ranog venda, tj. prije oko 650 milijuna godina, koncentracija kisika u atmosferi trebala bi biti znatno viša. Uostalom, Metazoa je koristio disanje kisikom i to je zahtijevalo da parcijalni tlak kisika dosegne kritičnu razinu - Pasteurovu točku. U ovom slučaju, proces anaerobne fermentacije zamijenjen je energetski perspektivnijim i progresivnijim metabolizmom kisika.

Nakon toga je dosta brzo došlo do daljnjeg nakupljanja kisika u zemljinoj atmosferi. Progresivno povećanje volumena modrozelenih algi pridonijelo je postizanju razine kisika u atmosferi potrebnoj za održavanje života životinjskog svijeta. Određena stabilizacija sadržaja kisika u atmosferi dogodila se od trenutka kada su biljke stigle na kopno - prije otprilike 450 milijuna godina. Izlazak biljaka na kopno, koji se dogodio u silurskom razdoblju, doveo je do konačne stabilizacije razine kisika u atmosferi. Od tog vremena njegova je koncentracija počela fluktuirati u prilično uskim granicama, nikad ne prelazeći granice postojanja života. Koncentracija kisika u atmosferi potpuno se stabilizirala od pojave cvjetnica. Ovaj događaj dogodio se sredinom razdoblja krede, tj. prije otprilike 100 milijuna godina.

Glavnina dušika nastala je u ranim fazama razvoja Zemlje, uglavnom zbog razgradnje amonijaka. Pojavom organizama započeo je proces vezivanja atmosferskog dušika u organsku tvar i zatrpavanja u morske sedimente. Nakon što su organizmi stigli na kopno, dušik se počeo zakopavati u kontinentalnim sedimentima. Procesi prerade slobodnog dušika posebno su se intenzivirali pojavom kopnenih biljaka.

Na prijelazu iz kriptozoika u fanerozoik, dakle prije oko 650 milijuna godina, sadržaj ugljičnog dioksida u atmosferi smanjio se na desetinke postotka, a sadržaj blizak suvremenoj razini dosegao je tek nedavno, otprilike 10-20 milijuna godina. prije.

Dakle, plinski sastav atmosfere nije samo osiguravao životni prostor organizmima, nego je određivao i karakteristike njihove životne aktivnosti te pridonio naseljavanju i evoluciji. Nastali poremećaji u raspodjeli plinskog sastava atmosfere povoljne za organizme, kako zbog kozmičkih tako i zbog planetarnih razloga, doveli su do masovnih izumiranja organskog svijeta, koja su se ponavljala tijekom kriptozoika i na određenim granicama povijesti fanerozoika.

Etnosferske funkcije atmosfere

Zemljina atmosfera osigurava potrebne tvari, energiju i određuje smjer i brzinu metaboličkih procesa. Plinski sastav suvremene atmosfere optimalan je za postojanje i razvoj života. Kao područje u kojem se formiraju vrijeme i klima, atmosfera mora stvoriti ugodne uvjete za život ljudi, životinja i vegetacije. Odstupanja u jednom ili drugom smjeru u kvaliteti atmosferskog zraka i vremenskim uvjetima stvaraju ekstremne uvjete za život flore i faune, uključujući i ljude.

Zemljina atmosfera ne samo da pruža uvjete za postojanje čovječanstva, već je i glavni čimbenik u evoluciji etnosfere. Istodobno se ispostavlja da je energetski i sirovinski resurs za proizvodnju. Općenito, atmosfera je čimbenik očuvanja zdravlja ljudi, a neka područja, zbog fizičko-geografskih uvjeta i kakvoće atmosferskog zraka, služe kao rekreacijska područja i područja su namijenjena lječilišnom liječenju i rekreaciji ljudi. Dakle, atmosfera je čimbenik estetskog i emocionalnog utjecaja.

Etnosferske i tehnosferske funkcije atmosfere, definirane relativno nedavno (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), zahtijevaju neovisno i dubinsko proučavanje. Stoga je proučavanje energetskih funkcija atmosfere vrlo relevantno, kako sa stajališta nastanka i odvijanja procesa koji oštećuju okoliš, tako i sa stajališta utjecaja na zdravlje i dobrobit ljudi. U ovom slučaju, riječ je o energiji ciklona i anticiklona, ​​atmosferskih vrtloga, atmosferskog tlaka i drugih ekstremnih atmosferskih pojava čije će učinkovito korištenje pridonijeti uspješnom rješavanju problema dobivanja alternativnih izvora energije koji ne zagađuju okoliš. okoliš. Uostalom, zračni okoliš, posebno onaj njegov dio koji se nalazi iznad Svjetskog oceana, područje je u kojem se oslobađa ogromna količina slobodne energije.

Primjerice, utvrđeno je da tropski cikloni prosječne jačine u samo jednom danu oslobađaju energiju ekvivalentnu energiji 500 tisuća atomskih bombi bačenih na Hirošimu i Nagasaki. U 10 dana postojanja takvog ciklona oslobodi se dovoljno energije da zadovolji sve energetske potrebe zemlje poput Sjedinjenih Država za 600 godina.

Posljednjih godina objavljen je velik broj radova prirodoslovaca koji se na ovaj ili onaj način bave različitim aspektima djelovanja i utjecaja atmosfere na zemaljske procese, što ukazuje na intenziviranje interdisciplinarnih interakcija u suvremenoj prirodnoj znanosti. Pritom se očituje integrirajuća uloga pojedinih njezinih pravaca, među kojima valja istaknuti funkcionalno-ekološki smjer u geoekologiji.

Ovaj smjer potiče analizu i teorijsku generalizaciju ekoloških funkcija i planetarne uloge različitih geosfera, a to je pak važan preduvjet za razvoj metodologije i znanstvenih osnova za cjelovito proučavanje našeg planeta, racionalno korištenje i zaštitu svojih prirodnih resursa.

Zemljina atmosfera sastoji se od nekoliko slojeva: troposfere, stratosfere, mezosfere, termosfere, ionosfere i egzosfere. Na vrhu troposfere i dnu stratosfere nalazi se sloj obogaćen ozonom koji se naziva ozonski štit. Utvrđeni su određeni (dnevni, sezonski, godišnji itd.) obrasci u raspodjeli ozona. Atmosfera je od svog nastanka utjecala na tijek planetarnih procesa. Primarni sastav atmosfere bio je potpuno drugačiji od današnjeg, no s vremenom je udio i uloga molekularnog dušika stalno rasla, prije oko 650 milijuna godina pojavio se slobodni kisik čija je količina stalno rasla, ali koncentracija ugljičnog dioksida smanjio u skladu s tim. Visoka pokretljivost atmosfere, njezin plinski sastav i prisutnost aerosola određuju njezinu izuzetnu ulogu i aktivno sudjelovanje u nizu geoloških i biosfernih procesa. Atmosfera ima veliku ulogu u preraspodjeli sunčeve energije i razvoju katastrofalnih prirodnih pojava i katastrofa. Atmosferski vrtlozi – tornada (tornada), uragani, tajfuni, cikloni i druge pojave imaju negativan utjecaj na organski svijet i prirodne sustave. Glavni izvori onečišćenja, uz prirodne čimbenike, jesu različiti oblici ljudske gospodarske djelatnosti. Antropogeni utjecaji na atmosferu izraženi su ne samo pojavom različitih aerosola i stakleničkih plinova, već i povećanjem količine vodene pare, a manifestiraju se u obliku smoga i kiselih kiša. Staklenički plinovi mijenjaju temperaturni režim zemljine površine, emisije nekih plinova smanjuju volumen ozonskog omotača i doprinose stvaranju ozonskih rupa. Etnosferska uloga Zemljine atmosfere je velika.

Uloga atmosfere u prirodnim procesima

Površinska atmosfera u svom srednjem stanju između litosfere i svemira i svojim plinskim sastavom stvara uvjete za život organizama. Istodobno, trošenje i intenzitet razaranja stijena, prijenos i akumulacija klastičnog materijala ovise o količini, prirodi i učestalosti oborina, o učestalosti i jačini vjetrova, a posebno o temperaturi zraka. Atmosfera je središnja komponenta klimatskog sustava. Temperatura i vlažnost zraka, naoblaka i padaline, vjetar - sve to karakterizira vrijeme, odnosno stanje atmosfere koja se neprestano mijenja. Istovremeno, te iste komponente karakteriziraju klimu, odnosno prosječni višegodišnji vremenski režim.

Sastav plinova, prisutnost oblaka i raznih nečistoća, koje se nazivaju aerosolne čestice (pepeo, prašina, čestice vodene pare), određuju karakteristike prolaska sunčevog zračenja kroz atmosferu i sprječavaju izlazak Zemljinog toplinskog zračenja. u svemir.

Zemljina je atmosfera vrlo pokretljiva. Procesi koji u njemu nastaju i promjene u njegovom sastavu plina, debljini, zamućenosti, prozirnosti i prisutnosti određenih aerosolnih čestica u njemu utječu i na vrijeme i na klimu.

Djelovanje i smjer prirodnih procesa, kao i život i djelovanje na Zemlji, određeni su sunčevim zračenjem. Osigurava 99,98% topline dovedene na površinu zemlje. Svake godine to iznosi 134 * 10 19 kcal. Ova količina topline može se dobiti spaljivanjem 200 milijardi tona ugljena. Zalihe vodika koje stvaraju ovaj tok termonuklearne energije u masi Sunca trajat će još najmanje 10 milijardi godina, odnosno dvostruko duže od postojanja našeg planeta i njega samog.

Otprilike 1/3 ukupne količine sunčeve energije koja stiže na gornju granicu atmosfere reflektira se natrag u svemir, 13% apsorbira ozonski omotač (uključujući gotovo svo ultraljubičasto zračenje). 7% - ostatak atmosfere i samo 44% dopire do površine zemlje. Ukupna sunčeva radijacija koja dnevno dopire do Zemlje jednaka je energiji koju je čovječanstvo primilo kao rezultat izgaranja svih vrsta goriva u posljednjem tisućljeću.

Količina i priroda raspodjele sunčevog zračenja na zemljinoj površini usko su ovisni o naoblaci i prozirnosti atmosfere. Na količinu raspršenog zračenja utječu visina Sunca iznad horizonta, prozirnost atmosfere, sadržaj vodene pare, prašine, ukupna količina ugljičnog dioksida itd.

Najveća količina raspršenog zračenja dopire do polarnih područja. Što je sunce niže iznad horizonta, to manje topline ulazi u određeno područje terena.

Prozirnost atmosfere i naoblaka su od velike važnosti. Oblačnog ljetnog dana obično je hladnije nego vedrog, jer dnevna naoblaka sprječava zagrijavanje zemljine površine.

Prašnjavost atmosfere igra veliku ulogu u raspodjeli topline. Fino raspršene krute čestice prašine i pepela koje se nalaze u njemu, a koje utječu na njegovu prozirnost, negativno utječu na raspodjelu sunčevog zračenja od kojeg se većina reflektira. Fine čestice ulaze u atmosferu na dva načina: ili pepelom izbačenim tijekom vulkanskih erupcija, ili pustinjskom prašinom nošenom vjetrovima iz sušnih tropskih i suptropskih područja. Posebno puno takve prašine nastaje za vrijeme suše, kada je struje toplog zraka odnose u gornje slojeve atmosfere i tamo se mogu zadržati dugo vremena. Nakon erupcije vulkana Krakatoa 1883. prašina bačena desecima kilometara u atmosferu ostala je u stratosferi oko 3 godine. Kao rezultat erupcije vulkana El Chichon (Meksiko) 1985. prašina je stigla u Europu, pa je došlo do blagog pada površinskih temperatura.

Zemljina atmosfera sadrži različite količine vodene pare. U apsolutnom smislu mase ili volumena, njegova količina se kreće od 2 do 5%.

Vodena para, kao i ugljikov dioksid, pojačava efekt staklenika. U oblacima i maglama koje nastaju u atmosferi događaju se osebujni fizikalni i kemijski procesi.

Primarni izvor vodene pare u atmosferu je površina Svjetskog oceana. Iz njega godišnje ispari sloj vode debljine od 95 do 110 cm. Dio vlage nakon kondenzacije se vraća u ocean, a drugi se usmjerava zračnim strujama prema kontinentima. U područjima promjenjive vlažne klime oborine vlaže tlo, au vlažnim klimama stvaraju rezerve podzemne vode. Dakle, atmosfera je akumulator vlage i rezervoar oborina. a magle koje nastaju u atmosferi osiguravaju vlagu pokrovu tla i time imaju odlučujuću ulogu u razvoju flore i faune.

Atmosferska vlaga raspoređena je po zemljinoj površini zahvaljujući pokretljivosti atmosfere. Karakterizira ga vrlo složen sustav raspodjele vjetrova i tlaka. Zbog činjenice da je atmosfera u neprekidnom kretanju, priroda i razmjer distribucije protoka vjetra i tlaka stalno se mijenjaju. Razmjeri cirkulacije variraju od mikrometeoroloških, veličine svega nekoliko stotina metara, do globalnih razmjera od nekoliko desetaka tisuća kilometara. Ogromni atmosferski vrtlozi sudjeluju u stvaranju sustava velikih zračnih strujanja i određuju opću cirkulaciju atmosfere. Osim toga, oni su izvori katastrofalnih atmosferskih pojava.

O atmosferskom tlaku ovisi raspored vremenskih i klimatskih prilika te funkcioniranje žive tvari. Ako atmosferski tlak varira u malim granicama, on ne igra odlučujuću ulogu u dobrobiti ljudi i ponašanju životinja i ne utječe na fiziološke funkcije biljaka. Promjene tlaka obično su povezane s frontalnim pojavama i vremenskim promjenama.

Atmosferski tlak je od temeljne važnosti za nastanak vjetra, koji kao reljefotvorni faktor ima snažan utjecaj na životinjski i biljni svijet.

Vjetar može potisnuti rast biljaka i istovremeno pospješiti prijenos sjemena. Uloga vjetra u oblikovanju vremenskih i klimatskih prilika je velika. Djeluje i kao regulator morskih struja. Vjetar, kao jedan od egzogenih čimbenika, pridonosi eroziji i deflaciji istrošenog materijala na velike udaljenosti.

Ekološka i geološka uloga atmosferskih procesa

Smanjenje prozirnosti atmosfere zbog pojave čestica aerosola i čvrste prašine u njoj utječe na raspodjelu sunčevog zračenja, povećavajući albedo ili reflektivnost. Različite kemijske reakcije koje uzrokuju razgradnju ozona i stvaranje "bisernih" oblaka koji se sastoje od vodene pare dovode do istog rezultata. Globalne promjene refleksije, kao i promjene atmosferskih plinova, uglavnom stakleničkih plinova, odgovorne su za klimatske promjene.

Neravnomjerno zagrijavanje, koje uzrokuje razlike u atmosferskom tlaku na različitim dijelovima zemljine površine, dovodi do atmosferskog kruženja, što je obilježje troposfere. Kada se pojavi razlika u tlaku, zrak juri iz područja visokog tlaka u područja niskog tlaka. Ova kretanja zračnih masa, zajedno s vlagom i temperaturom, određuju glavne ekološke i geološke značajke atmosferskih procesa.

Ovisno o brzini, vjetar obavlja različite geološke radove na zemljinoj površini. Brzinom od 10 m/s trese debele grane, podiže i prenosi prašinu i sitni pijesak; lomi grane drveća brzinom od 20 m/s, nosi pijesak i šljunak; brzinom od 30 m/s (oluja) otkida krovove s kuća, čupa drveće, lomi stupove, pomiče kamenčiće i nosi sitni šut, a orkanski vjetar brzinom od 40 m/s ruši kuće, lomi i ruši struju. postavlja stupove, čupa velika stabla.

Oluja i tornada (tornada) - atmosferski vrtlozi koji nastaju u toploj sezoni na snažnim atmosferskim frontama, brzinama do 100 m/s, imaju veliki negativan utjecaj na okoliš s katastrofalnim posljedicama. Nevrijeme su horizontalni vrtlozi s orkanskim brzinama vjetra (do 60-80 m/s). Često ih prate jaki pljuskovi i grmljavinska nevremena u trajanju od nekoliko minuta do pola sata. Olujne oluje pokrivaju područja širine do 50 km i putuju na udaljenosti od 200-250 km. Olujno nevrijeme u Moskvi i Moskovskoj regiji 1998. oštetilo je krovove mnogih kuća i srušilo drveće.

Tornada, koja se u Sjevernoj Americi nazivaju tornada, snažni su atmosferski vrtlozi u obliku lijevka, često povezani s grmljavinskim oblacima. To su stupovi zraka koji se sužavaju u sredini promjera od nekoliko desetaka do stotina metara. Tornado ima izgled lijevka, vrlo sličnog surli slona, ​​koji se spušta iz oblaka ili se diže s površine zemlje. Posjedujući jaku razrijeđenost i veliku brzinu rotacije, tornado putuje i do nekoliko stotina kilometara, uvlačeći prašinu, vodu iz rezervoara i razne predmete. Snažna tornada praćena su grmljavinom, kišom i imaju veliku razornu moć.

Tornada se rijetko pojavljuju u subpolarnim ili ekvatorijalnim područjima, gdje je stalno hladno ili vruće. Malo je tornada na otvorenom oceanu. Tornada se javljaju u Europi, Japanu, Australiji, SAD-u, au Rusiji su posebno česta u Središnjoj Crnoj zemlji, u Moskovskoj, Jaroslavskoj, Nižnjenovgorodskoj i Ivanovskoj oblasti.

Tornada podižu i pomiču automobile, kuće, kočije i mostove. Osobito razorna tornada uočena su u Sjedinjenim Državama. Svake godine ima od 450 do 1500 tornada s prosječnim brojem smrtnih slučajeva od oko 100 ljudi. Tornada su atmosferski katastrofalni procesi koji brzo djeluju. Nastaju za samo 20-30 minuta, a životni vijek im je 30 minuta. Stoga je gotovo nemoguće predvidjeti vrijeme i mjesto pojave tornada.

Ostali razorni, ali dugotrajni atmosferski vrtlozi su cikloni. Nastaju zbog razlike u tlaku, koja pod određenim uvjetima doprinosi nastanku kružnog kretanja strujanja zraka. Atmosferski vrtlozi nastaju oko moćnih uzlaznih tokova vlažnog toplog zraka i rotiraju velikom brzinom u smjeru kazaljke na satu na južnoj hemisferi i suprotno od kazaljke na satu na sjevernoj. Cikloni, za razliku od tornada, nastaju iznad oceana i proizvode svoje razorne učinke nad kontinentima. Glavni razorni čimbenici su jaki vjetrovi, intenzivne oborine u obliku snježnih oborina, pljuskova, tuče i naletnih poplava. Vjetrovi brzine 19 - 30 m/s formiraju oluju, 30 - 35 m/s - oluju, a više od 35 m/s - orkan.

Tropski cikloni - uragani i tajfuni - imaju prosječnu širinu od nekoliko stotina kilometara. Brzina vjetra unutar ciklona doseže snagu uragana. Tropski cikloni traju od nekoliko dana do nekoliko tjedana, krećući se brzinama od 50 do 200 km/h. Cikloni srednje geografske širine imaju veći promjer. Njihove poprečne dimenzije kreću se od tisuću do nekoliko tisuća kilometara, a brzina vjetra je olujna. Kreću se na sjevernoj hemisferi sa zapada i praćeni su tučom i snježnim padalinama koje su katastrofalne naravi. Po broju žrtava i prouzročenoj šteti ciklone i pridruženi uragani i tajfuni najveće su prirodne atmosferske pojave nakon poplava. U gusto naseljenim područjima Azije broj žrtava uragana broji se u tisućama. Godine 1991. u Bangladešu je tijekom uragana koji je izazvao formiranje morskih valova visokih 6 m poginulo 125 tisuća ljudi. Tajfuni uzrokuju veliku štetu Sjedinjenim Državama. Istovremeno umiru deseci i stotine ljudi. U zapadnoj Europi uragani uzrokuju manje štete.

Grmljavinska nevremena smatraju se katastrofalnim atmosferskim fenomenom. Nastaju kada se topao, vlažan zrak vrlo brzo diže. Na granici tropskog i suptropskog pojasa grmljavinske oluje se javljaju 90-100 dana godišnje, u umjerenom pojasu 10-30 dana. Kod nas se najveći broj grmljavinskih nevremena događa na sjevernom Kavkazu.

Grmljavinska nevremena obično traju manje od sat vremena. Osobito su opasni intenzivni pljuskovi, tuča, udari groma, udari vjetra i vertikalna strujanja zraka. Opasnost od tuče određena je veličinom zrna tuče. Na sjevernom Kavkazu je masa zrna tuče jednom dosegla 0,5 kg, au Indiji su zabilježena zrna tuče teška 7 kg. Urbano najopasnija područja u našoj zemlji nalaze se na Sjevernom Kavkazu. U srpnju 1992. tuča je oštetila 18 zrakoplova u zračnoj luci Mineralnye Vody.

U opasne atmosferske pojave spadaju munje. Ubijaju ljude, stoku, izazivaju požare i oštećuju električnu mrežu. Od grmljavinskih oluja i njihovih posljedica godišnje u svijetu umre oko 10.000 ljudi. Štoviše, u nekim područjima Afrike, Francuske i SAD-a broj žrtava od udara groma je veći nego od drugih prirodnih fenomena. Godišnja ekonomska šteta od grmljavinskih oluja u Sjedinjenim Državama iznosi najmanje 700 milijuna dolara.

Suše su tipične za pustinjska, stepska i šumsko-stepska područja. Nedostatak padalina uzrokuje isušivanje tla, pad razine podzemnih voda i akumulacija do potpunog isušivanja. Nedostatak vlage dovodi do smrti vegetacije i usjeva. Suše su posebno jake u Africi, Bliskom i Srednjem istoku, središnjoj Aziji i južnoj Sjevernoj Americi.

Suše mijenjaju životne uvjete ljudi i negativno utječu na prirodni okoliš kroz procese kao što su salinizacija tla, suhi vjetrovi, oluje s prašinom, erozija tla i šumski požari. Požari su posebno jaki tijekom suše u regijama tajge, tropskim i suptropskim šumama i savanama.

Suše su kratkotrajni procesi koji traju jednu sezonu. Kada suše traju više od dvije sezone, prijeti glad i masovna smrtnost. Obično suša pogađa područje jedne ili više zemalja. Dugotrajne suše s tragičnim posljedicama osobito se često događaju u području Sahela u Africi.

Velike štete uzrokuju atmosferske pojave kao što su snježne padaline, kratkotrajne obilne kiše i dugotrajne kiše. Snježne padaline uzrokuju masivne lavine u planinama, a brzo topljenje palog snijega i dugotrajne kiše dovode do poplava. Ogromna masa vode koja pada na površinu zemlje, posebno u područjima bez drveća, uzrokuje jaku eroziju tla. Intenzivan je rast slivničkih sustava. Poplave nastaju kao posljedica velikih poplava u razdobljima obilnih oborina ili visokih voda nakon naglog zatopljenja ili proljetnog otapanja snijega, pa su po svom podrijetlu atmosferske pojave (o njima se govori u poglavlju o ekološkoj ulozi hidrosfere).

Antropogene atmosferske promjene

Trenutno postoji mnogo različitih antropogenih izvora koji uzrokuju onečišćenje zraka i dovode do ozbiljnih poremećaja ekološke ravnoteže. Što se tiče razmjera, dva izvora imaju najveći utjecaj na atmosferu: promet i industrija. U prosjeku, promet čini oko 60% ukupne količine onečišćenja atmosfere, industrija - 15, toplinska energija - 15, tehnologije za uništavanje kućnog i industrijskog otpada - 10%.

Promet, ovisno o korištenom gorivu i vrsti oksidansa, emitira u atmosferu dušikove okside, sumporne okside, ugljikove okside i diokside, olovo i njegove spojeve, čađu, benzopiren (tvar iz skupine policikličkih aromatskih ugljikovodika, koja je jak kancerogen koji uzrokuje rak kože).

Industrija u atmosferu ispušta sumporni dioksid, ugljikove okside i diokside, ugljikovodike, amonijak, sumporovodik, sumpornu kiselinu, fenol, klor, fluor i druge kemijske spojeve. Ali dominantan položaj među emisijama (do 85%) zauzima prašina.

Kao posljedica onečišćenja mijenja se prozirnost atmosfere, što uzrokuje aerosole, smog i kisele kiše.

Aerosoli su raspršeni sustavi koji se sastoje od krutih čestica ili tekućih kapljica suspendiranih u plinovitom okruženju. Veličina čestica disperzne faze je obično 10 -3 -10 -7 cm Ovisno o sastavu disperzne faze, aerosoli se dijele u dvije skupine. Jedan uključuje aerosole koji se sastoje od čvrstih čestica raspršenih u plinovitom mediju, drugi uključuje aerosole koji su mješavina plinovite i tekuće faze. Prvi se nazivaju dimovi, a drugi - magle. U procesu njihovog nastanka važnu ulogu imaju kondenzacijski centri. Vulkanski pepeo, kozmička prašina, proizvodi industrijskih emisija, razne bakterije itd. djeluju kao kondenzacijske jezgre. Broj mogućih izvora koncentracijskih jezgri stalno raste. Tako, na primjer, kada se suha trava uništi vatrom na površini od 4000 m 2, u prosjeku se formira 11 * 10 22 jezgre aerosola.

Aerosoli su se počeli formirati od trenutka kada se naš planet pojavio i utjecao na prirodne uvjete. Međutim, njihova količina i djelovanje, usklađeno s općim kruženjem tvari u prirodi, nije izazvalo duboke ekološke promjene. Antropogeni čimbenici njihovog nastanka pomaknuli su ovu ravnotežu prema značajnim preopterećenjima biosfere. Ova je značajka posebno izražena otkako je čovječanstvo počelo koristiti posebno stvorene aerosole kako u obliku otrovnih tvari tako i za zaštitu bilja.

Najopasniji za vegetaciju su aerosoli sumporovog dioksida, fluorovodika i dušika. U dodiru s vlažnom površinom lišća stvaraju kiseline koje štetno djeluju na živa bića. Kisele maglice s udahnutim zrakom ulaze u dišne ​​organe životinja i ljudi i agresivno djeluju na sluznicu. Neki od njih razgrađuju živo tkivo, a radioaktivni aerosoli uzrokuju rak. Među radioaktivnim izotopima, Sg 90 je posebno opasan ne samo zbog svoje kancerogenosti, već i kao analog kalcija, zamjenjujući ga u kostima organizama, uzrokujući njihovu razgradnju.

Tijekom nuklearnih eksplozija u atmosferi se stvaraju oblaci radioaktivnih aerosola. Male čestice s radijusom od 1 - 10 mikrona padaju ne samo u gornje slojeve troposfere, već iu stratosferu, gdje mogu ostati dugo vremena. Oblaci aerosola nastaju i tijekom rada reaktora u industrijskim postrojenjima koja proizvode nuklearno gorivo, kao i kao posljedica nesreća u nuklearnim elektranama.

Smog je mješavina aerosola s tekućom i krutom dispergiranom fazom, koji stvaraju maglovitu zavjesu nad industrijskim područjima i velikim gradovima.

Postoje tri vrste smoga: ledeni, mokri i suhi. Ledeni smog naziva se aljaški smog. Ovo je kombinacija plinovitih zagađivača s dodatkom čestica prašine i kristala leda koji nastaju smrzavanjem kapljica magle i pare iz sustava grijanja.

Mokri smog ili smog londonskog tipa ponekad se naziva zimski smog. To je mješavina plinovitih zagađivača (uglavnom sumpornog dioksida), čestica prašine i kapljica magle. Meteorološki preduvjet za pojavu zimskog smoga je vrijeme bez vjetra, pri čemu se sloj toplog zraka nalazi iznad prizemnog sloja hladnog zraka (ispod 700 m). Istodobno, izostaje ne samo horizontalna nego i vertikalna razmjena. Zagađivači, obično raspršeni u visokim slojevima, u ovom se slučaju nakupljaju u površinskom sloju.

Suhi smog javlja se tijekom ljeta i često se naziva smog tipa Los Angelesa. To je mješavina ozona, ugljičnog monoksida, dušikovih oksida i kiselih para. Takav smog nastaje kao rezultat razgradnje zagađivača sunčevim zračenjem, posebice njegovim ultraljubičastim dijelom. Meteorološki preduvjet je atmosferska inverzija, izražena u pojavi sloja hladnog zraka iznad toplog zraka. Tipično, plinovi i čvrste čestice podignute strujama toplog zraka zatim se raspršuju u gornje hladne slojeve, ali u ovom slučaju se nakupljaju u inverzijskom sloju. U procesu fotolize, dušikovi dioksidi nastali izgaranjem goriva u automobilskim motorima razgrađuju se:

NE 2 → NE + O

Tada dolazi do sinteze ozona:

O + O 2 + M → O 3 + M

NE + O → NE 2

Procesi fotodisocijacije popraćeni su žuto-zelenim sjajem.

Osim toga, dolazi do reakcija tipa: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, tj. nastaje jaka sumporna kiselina.

Promjenom meteoroloških uvjeta (pojavom vjetra ili promjenom vlažnosti) hladni zrak se rasipa i smog nestaje.

Prisutnost kancerogenih tvari u smogu dovodi do problema s disanjem, iritacije sluznice, poremećaja cirkulacije, astmatičnog gušenja, a često i smrti. Smog je posebno opasan za malu djecu.

Kisela kiša je atmosferska oborina zakiseljena industrijskim emisijama sumpornih oksida, dušika i para perklorne kiseline i klora otopljenih u njima. U procesu izgaranja ugljena i plina, većina sumpora sadržanog u njemu, kako u obliku oksida, tako iu spojevima sa željezom, osobito u piritu, pirotitu, kalkopiritu itd., pretvara se u sumporni oksid, koji zajedno s ugljičnim dioksidom, ispušta se u atmosferu. Kada se atmosferski dušik i tehničke emisije spoje s kisikom, nastaju različiti dušikovi oksidi, a volumen nastalih dušikovih oksida ovisi o temperaturi izgaranja. Najveći dio dušikovih oksida nastaje tijekom rada vozila i dizel lokomotiva, a manji dio u energetici i industrijskim poduzećima. Sumporni i dušikovi oksidi glavni su tvorci kiseline. Prilikom reakcije s atmosferskim kisikom i vodenom parom koja se nalazi u njemu nastaju sumporna i dušična kiselina.

Poznato je da je alkalno-kisela ravnoteža okoliša određena pH vrijednošću. Neutralni okoliš ima pH vrijednost 7, kiseli okoliš ima pH vrijednost 0, a alkalni okoliš ima pH vrijednost 14. U modernom dobu pH vrijednost kišnice je 5,6, iako je u nedavnoj prošlosti bio neutralan. Smanjenje pH vrijednosti za jedan odgovara deseterostrukom povećanju kiselosti i stoga trenutno kiša s povećanom kiselošću pada gotovo posvuda. Maksimalna kiselost kiše zabilježena u zapadnoj Europi bila je 4-3,5 pH. Treba uzeti u obzir da je pH vrijednost od 4-4,5 smrtonosna za većinu riba.

Kisele kiše agresivno djeluju na Zemljinu vegetaciju, na industrijske i stambene objekte te pridonose znatnom ubrzanju trošenja izloženih stijena. Povećana kiselost sprječava samoregulaciju neutralizacije tla u kojima se otapaju hranjive tvari. Zauzvrat, to dovodi do oštrog smanjenja prinosa i uzrokuje degradaciju vegetacijskog pokrova. Kiselost tla potiče oslobađanje vezanog teškog tla, koje biljke postupno apsorbiraju, uzrokujući ozbiljna oštećenja tkiva i prodirući u ljudski prehrambeni lanac.

Promjena alkalno-kiselog potencijala morskih voda, osobito u plitkim vodama, dovodi do prestanka razmnožavanja mnogih beskralješnjaka, uzrokuje uginuće riba i narušava ekološku ravnotežu u oceanima.

Zbog kiselih kiša, šume u zapadnoj Europi, baltičkim državama, Kareliji, Uralu, Sibiru i Kanadi su u opasnosti od uništenja.

Struktura i sastav Zemljine atmosfere, mora se reći, nisu uvijek bile konstantne vrijednosti u jednom ili drugom razdoblju razvoja našeg planeta. Danas je vertikalna struktura ovog elementa, čija ukupna "debljina" iznosi 1,5-2,0 tisuća km, predstavljena s nekoliko glavnih slojeva, uključujući:

1. Troposfera.
2. Tropopauza.
3. Stratosfera.
4. Stratopauza.
5. Mezosfera i mezopauza.
6. Termosfera.
7. Egzosfera.

Osnovni elementi atmosfere

Troposfera je sloj u kojem se opažaju jaka vertikalna i horizontalna kretanja; tu se formiraju vremenski, sedimentni fenomeni i klimatski uvjeti. Proteže se 7-8 kilometara od površine planeta gotovo posvuda, s izuzetkom polarnih područja (tamo do 15 km). U troposferi dolazi do postupnog pada temperature, otprilike za 6,4°C sa svakim kilometrom nadmorske visine. Ovaj pokazatelj može se razlikovati za različite geografske širine i godišnja doba.

Sastav Zemljine atmosfere u ovom dijelu predstavljen je sljedećim elementima i njihovim postocima:

Dušik - oko 78 posto;

Kisik - gotovo 21 posto;

Argon - oko jedan posto;

Ugljični dioksid - manje od 0,05%.

Pojedinačna kompozicija do visine od 90 kilometara

Osim toga, ovdje možete pronaći prašinu, kapljice vode, vodenu paru, produkte izgaranja, kristale leda, morske soli, mnoge čestice aerosola itd. Ovakav sastav Zemljine atmosfere promatra se do otprilike devedeset kilometara visine, pa je zrak približno isti u kemijskom sastavu, ne samo u troposferi, već iu gornjim slojevima. Ali tamo atmosfera ima bitno drugačija fizikalna svojstva. Sloj koji ima opći kemijski sastav naziva se homosfera.

Koji drugi elementi čine Zemljinu atmosferu? U postocima (po volumenu, u suhom zraku) plinovi kao što su kripton (oko 1,14 x 10 -4), ksenon (8,7 x 10 -7), vodik (5,0 x 10 -5), metan (oko 1,7 x 10 -5) ovdje su zastupljeni dušikov oksid (5,0 x 10 -5) itd. U postotku od navedenih komponenti najviše je dušikovog oksida i vodika, zatim helij, kripton itd.

Fizikalna svojstva različitih atmosferskih slojeva

Fizička svojstva troposfere usko su povezana s njezinom blizinom površini planeta. Odavde se reflektirana sunčeva toplina u obliku infracrvenih zraka usmjerava natrag prema gore, uključujući procese kondukcije i konvekcije. Zato temperatura pada s udaljavanjem od površine zemlje. Ova pojava se opaža do visine stratosfere (11-17 kilometara), zatim temperatura postaje gotovo nepromijenjena do 34-35 km, a zatim temperatura ponovno raste do visine od 50 kilometara (gornja granica stratosfere) . Između stratosfere i troposfere nalazi se tanki srednji sloj tropopauze (do 1-2 km), gdje se opažaju stalne temperature iznad ekvatora - oko minus 70 ° C i niže. Iznad polova se tropopauza ljeti "zagrije" do minus 45°C; zimi se temperature ovdje kreću oko -65°C.

Plinski sastav Zemljine atmosfere uključuje tako važan element kao što je ozon. Na površini ga ima relativno malo (deset na minus šestu potenciju od jednog postotka), budući da plin nastaje pod utjecajem sunčeve svjetlosti iz atomskog kisika u gornjim dijelovima atmosfere. Konkretno, najviše ozona ima na visini od oko 25 km, a cijeli “ozonski ekran” nalazi se u područjima od 7-8 km na polovima, od 18 km na ekvatoru i do pedesetak kilometara ukupno iznad površine planeta.

Atmosfera štiti od sunčevog zračenja

Sastav zraka u Zemljinoj atmosferi igra vrlo važnu ulogu u očuvanju života, jer pojedini kemijski elementi i sastavi uspješno ograničavaju pristup sunčevog zračenja zemljinoj površini i ljudima, životinjama i biljkama koje žive na njoj. Na primjer, molekule vodene pare učinkovito apsorbiraju gotovo sve raspone infracrvenog zračenja, s izuzetkom duljina u rasponu od 8 do 13 mikrona. Ozon apsorbira ultraljubičasto zračenje do valne duljine od 3100 A. Bez njegovog tankog sloja (samo 3 mm u prosjeku ako se postavi na površinu planeta) ostaje samo voda na dubini većoj od 10 metara i podzemne špilje u kojima sunčevo zračenje ne djeluje. doseg može biti naseljen.

Nula Celzija u stratopauzi

Između sljedeće dvije razine atmosfere, stratosfere i mezosfere, nalazi se značajan sloj - stratopauza. Otprilike odgovara visini maksimuma ozona i ovdje je temperatura relativno ugodna za čovjeka - oko 0°C. Iznad stratopauze, u mezosferi (počinje negdje na visini od 50 km i završava na visini od 80-90 km), ponovno se opaža pad temperature s povećanjem udaljenosti od površine Zemlje (na minus 70-80 °C ). Meteori obično potpuno izgore u mezosferi.

U termosferi - plus 2000 K!

Kemijski sastav Zemljine atmosfere u termosferi (počinje nakon mezopauze od visina od oko 85-90 do 800 km) određuje mogućnost takvog fenomena kao što je postupno zagrijavanje slojeva vrlo rijetkog "zraka" pod utjecajem sunčevog zračenja . U ovom dijelu "zračnog pokrivača" planeta temperature se kreću od 200 do 2000 K, koje se dobivaju ionizacijom kisika (atomski kisik se nalazi iznad 300 km), kao i rekombinacijom atoma kisika u molekule. , popraćeno oslobađanjem velike količine topline. Termosfera je mjesto gdje se pojavljuju aurore.

Iznad termosfere nalazi se egzosfera - vanjski sloj atmosfere, iz kojeg svjetlost i atomi vodika koji se brzo kreću mogu pobjeći u svemir. Kemijski sastav Zemljine atmosfere ovdje je predstavljen uglavnom pojedinačnim atomima kisika u donjim slojevima, atomima helija u srednjim slojevima i gotovo isključivo atomima vodika u gornjim slojevima. Ovdje vladaju visoke temperature - oko 3000 K i nema atmosferskog tlaka.

Kako je nastala zemljina atmosfera?

Ali, kao što je gore spomenuto, planet nije uvijek imao takav atmosferski sastav. Postoje tri koncepta podrijetla ovog elementa. Prva hipoteza sugerira da je atmosfera uzeta kroz proces akrecije iz protoplanetarnog oblaka. Međutim, danas je ova teorija podložna značajnim kritikama, budući da je takvu primarnu atmosferu trebao uništiti solarni “vjetar” sa zvijezde u našem planetarnom sustavu. Osim toga, pretpostavlja se da se hlapljivi elementi nisu mogli zadržati u zoni formiranja terestričkih planeta zbog previsokih temperatura.

Sastav Zemljine primarne atmosfere, kako sugerira druga hipoteza, mogao je nastati zbog aktivnog bombardiranja površine asteroidima i kometima koji su stigli iz blizine Sunčevog sustava u ranim fazama razvoja. Vrlo je teško potvrditi ili opovrgnuti ovaj koncept.

Eksperiment u IDG RAS

Čini se da je najvjerojatnija treća hipoteza, koja smatra da je atmosfera nastala kao rezultat oslobađanja plinova iz omotača zemljine kore prije otprilike 4 milijarde godina. Ovaj koncept testiran je na Institutu za geografiju Ruske akademije znanosti tijekom eksperimenta nazvanog "Tsarev 2", kada je uzorak tvari meteorskog podrijetla zagrijavan u vakuumu. Tada je zabilježeno oslobađanje plinova kao što su H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 itd. Stoga su znanstvenici s pravom pretpostavili da kemijski sastav Zemljine primarne atmosfere uključuje vodu i ugljikov dioksid, fluorovodik (. HF), plin ugljični monoksid (CO), sumporovodik (H 2 S), dušikovi spojevi, vodik, metan (CH 4), amonijačne pare (NH 3), argon itd. U nastanku je sudjelovala vodena para iz primarne atmosfere. hidrosfere, ugljični dioksid bio je većim dijelom u vezanom stanju u organskim tvarima i stijenama, dušik je prešao u sastav suvremenog zraka, a također opet u sedimentne stijene i organske tvari.

Sastav Zemljine primarne atmosfere ne bi dopuštao modernim ljudima da budu u njoj bez aparata za disanje, jer tada nije bilo kisika u potrebnim količinama. Ovaj element pojavio se u značajnim količinama prije milijardu i pol godina, vjeruje se da je povezan s razvojem procesa fotosinteze u modrozelenim i drugim algama, koje su najstariji stanovnici našeg planeta.

Minimum kisika

Da je sastav Zemljine atmosfere u početku bio gotovo bez kisika, govori podatak da se u najstarijim (katarhejskim) stijenama nalazi lako oksidirajući, ali ne i oksidirani grafit (ugljik). Nakon toga su se pojavile takozvane trakaste željezne rude, koje su uključivale slojeve obogaćenih željeznih oksida, što znači pojavu na planetu snažnog izvora kisika u molekularnom obliku. No ti su se elementi nalazili samo povremeno (možda su se iste alge ili drugi proizvođači kisika pojavili na malim otocima u pustinji bez kisika), dok je ostatak svijeta bio anaeroban. Potonjemu u prilog ide i činjenica da je lako oksidirajući pirit pronađen u obliku oblutaka obrađenih tečenjem bez tragova kemijskih reakcija. Budući da tekuće vode ne mogu biti slabo prozračene, razvilo se mišljenje da je atmosfera prije kambrija sadržavala manje od jedan posto današnjeg sastava kisika.

Revolucionarna promjena u sastavu zraka

Otprilike sredinom proterozoika (prije 1,8 milijardi godina) dogodila se “revolucija kisika” kada je svijet prešao na aerobno disanje, pri čemu se iz jedne molekule hranjive tvari (glukoze) može dobiti 38, a ne dvije (kao kod anaerobno disanje) jedinice energije. Sastav Zemljine atmosfere, u smislu kisika, počeo je prelaziti jedan posto današnjeg, a počeo se pojavljivati ​​i ozonski omotač koji štiti organizme od zračenja. Od nje su se, na primjer, takve drevne životinje poput trilobita "sakrivale" pod debelim školjkama. Od tada do našeg vremena, sadržaj glavnog "respiratornog" elementa postupno i polako raste, osiguravajući raznolikost razvoja oblika života na planetu.

Promjena sastava atmosfere dovodi do utjecaja na režim zračenja atmosfere - to je glavni mehanizam antropogenog utjecaja na globalni klimatski sustav na sadašnjoj i očekivanoj razini industrijskog razvoja u narednim desetljećima.

Doprinos atmosferskih stakleničkih plinova (vidi. Efekt staklenika) čini najveći dio ovog utjecaja. Učinak koncentracije stakleničkih plinova na temperaturu određen je apsorpcijom dugovalnog zračenja koje dolazi sa Zemlje, a posljedično i smanjenjem efektivnog zračenja na površini Zemlje. U tom slučaju maksimalne temperature rastu, a temperatura viših slojeva atmosfere se smanjuje zbog velikih gubitaka zračenjem. Ovaj učinak pojačavaju dvije okolnosti:

1) povećanje količine vodene pare u atmosferi tijekom zagrijavanja, što također blokira dugovalno zračenje;

2) povlačenje polarnog leda tijekom zagrijavanja, što smanjuje Zemljin albedo na relativno visokim geografskim širinama.

Svi dugotrajni staklenički plinovi i ozon stvaraju pozitivno zračenje (2,9 ± 0,3 W/m2). Ukupni radijacijski utjecaj antropogenih čimbenika povezan s promjenama koncentracije svih stakleničkih plinova i aerosola iznosi 1,6 (od 0,6 do 2,4) W/m2. Sve vrste aerosola stvaraju učinak zračenja izravno i neizravno mijenjajući albedo oblaka. Ukupni utjecaj aerosola je negativan (–1,3 ± 0,8 W/m2). Međutim, pouzdanost ovih procjena znatno je niža od onih dobivenih za stakleničke plinove (Izvješće o procjeni, 2008.).

Staklenički plinovi u atmosferi na koje gospodarske aktivnosti značajno utječu:

– ugljični dioksid(CO 2) je najvažniji staklenički plin u smislu kontrole klime. U proteklih 250 godina došlo je do neviđenog porasta njegove koncentracije u atmosferi za 35%. U 2005. iznosio je 379 milijuna –1;

– metan(CH 4) je drugi najvažniji staklenički plin nakon CO 2 ; koncentracija mu je porasla 2,5 puta u odnosu na predindustrijsko razdoblje te je 2005. godine iznosila 1774 ppb;

– dušikov oksid(N2O), njegova je koncentracija do 2005. porasla za 18% u odnosu na predindustrijsko razdoblje i iznosila je 319 mlrd –1; Trenutno je oko 40% količine N 2 O koja ulazi u atmosferu posljedica gospodarskih aktivnosti (gnojiva, stočarstvo, kemijska industrija).

Na riža. 4.7 prikazan je vremenski tijek koncentracije ugljičnog dioksida ( A), metan ( b) i dušikov oksid ( V) u atmosferi i njihove promjene u proteklih 10 000 godina i od 1750. Vremenski tijek dobiven je iz mjerenja u naslagama leda od raznih istraživača i mjerenja u atmosferi. Slika jasno pokazuje progresivni porast CO 2 i drugih plinova tijekom industrijske ere.

Prema Četvrtom izvješću o procjeni IPCC-a (2007.), tijekom industrijske ere dolazi do značajnog povećanja atmosferskih koncentracija klimatski aktivnih plinova. Tako su tijekom proteklih 250 godina atmosferske koncentracije ugljičnog dioksida (CO 2 ) porasle s 280 na 379 ppm (dijelova na milijun po jedinici volumena). Trenutna koncentracija stakleničkih plinova u atmosferi, kako je utvrđeno analizom mjehurića zraka iz ledenih jezgri koje su sačuvale sastav drevne atmosfere Antarktika, puno je veća nego u bilo kojem trenutku u posljednjih 10 tisuća godina. Globalne atmosferske koncentracije metana porasle su sa 715 na 1774 ppb (dijelova na milijardu po jedinici volumena) tijekom industrijske ere. Najdramatičniji porast koncentracije stakleničkih plinova primijećen je posljednjih desetljeća, što je rezultiralo zagrijavanjem atmosfere.

Dakle proces moderno zagrijavanje klime događa u pozadini održivog povećanje koncentracije stakleničkih plinova, a prije svega ugljikov dioksid (CO 2). Tako je prema podacima za 1999. godinu emisija CO 2 kao rezultat ljudske aktivnosti, izgaranjem fosilnih goriva, 1996. godine dosegla 6,2 milijarde tona, što je gotovo 4 puta više nego 1950. godine. Od 1750. do 2000. godine došlo je do povećanja koncentracije ugljičnog dioksida u atmosferi za 31% (Perevedentsev Yu.P., 2009).

Vremenski tijek koncentracije CO 2 na ruskoj stanici Teriberka (Slika 4.8) pokazuje da je prosječna stopa rasta CO 2 tijekom 20 godina bila 1,7 milijuna –1 godišnje, sa značajnim sezonskim fluktuacijama od 15÷20 milijuna –1.

Riža. 2.8. Vremenski tijek koncentracije CO 2 u atmosferi na postaji Teriberka (poluotok Kola) za razdoblje promatranja od 1988. Točke i linije prikazuju pojedinačna mjerenja ( 1 ), izglađena sezonska varijacija ( 2 ) i dugoročni trend ( 3 ) CO 2 CO 2 koncentracija, ppm (OD, 2008.)

Mehanizam efekta staklenika objašnjava se razlikom u apsorpcijskoj sposobnosti atmosfere za sunčevo zračenje koje dolazi na Zemlju i zračenje koje odlazi sa Zemlje. Zemlja prima zračenje od Sunca u širokom pojasu spektra s prosječnom valnom duljinom od oko 0,5 mikrona, a to kratkovalno zračenje gotovo prolazi kroz atmosferu. Zemlja primljenu energiju odaje gotovo kao potpuno crno tijelo u dugovalnom, infracrvenom području, prosječne valne duljine oko 10 mikrona. U tom području mnogi plinovi (CO 2, CH 4, H 2 O, itd.) imaju brojne apsorpcijske trake; Ugljični dioksid intenzivno apsorbira zračenje koje dolazi sa Zemlje u rasponu od 12-18 mikrona i jedan je od glavnih čimbenika koji osiguravaju učinak staklenika (Perevedentsev Yu.P., 2009).

Suvremeno zagrijavanje klime. Činjenicu da se suvremena klima mijenja prepoznaju svi, jer i instrumentalna mjerenja i prirodni pokazatelji govore jedno: posljednjih desetljeća došlo je do značajnog zagrijavanja klime na planeti. Tijekom prošlog stoljeća (1906. – 2005.) zemaljska meteorološka mreža zabilježila je značajno povećanje prosječne globalne temperature na površini Zemlje za 0,74 °C. Neslaganja nastaju kada se raspravlja o uzrocima zatopljenja. U Četvrtom izvješću o procjeni, stručnjaci IPCC-a (2007.) izvode zaključke o uzrocima uočenog zatopljenja: vjerojatnost da je do klimatskih promjena u proteklih 50 godina došlo bez vanjskog (antropogenog) utjecaja ocjenjuje se kao iznimno niska (<5%). С высокой степенью вероятности (>90%) navodi da su promjene uočene u posljednjih 50 godina uzrokovane ne samo prirodnim, već i vanjskim utjecajima. S >90% pouzdanosti, izvješće navodi da su rastuće koncentracije antropogenih stakleničkih plinova odgovorne za najveći dio globalnog zatopljenja od sredine 20. stoljeća.

Postoje i drugačija stajališta o uzrocima zatopljenja - unutarnji čimbenik, prirodna varijabilnost koja uzrokuje kolebanje temperature, kako u smjeru zatopljenja, tako iu smjeru zahlađenja. Tako u radu (Datsenko N.M., Monin A.S., Sonechkin D.M., 2004.) pristaše ovog koncepta ukazuju na to da razdoblje najintenzivnijeg porasta globalne temperature 20. stoljeća (90-ih) pada na uzlaznu granu 60-ih. ljetne fluktuacije, identificirane njima u indeksima koji karakteriziraju toplinsko i cirkulacijsko stanje atmosfere. Istodobno se sugerira da su moderne klimatske fluktuacije posljedica nelinearnih reakcija klimatskog sustava na kvaziperiodičke vanjske utjecaje (cikluse lunarno-solarnih plima i oseka i solarne aktivnosti, cikluse revolucija najvećih planeta Sunčeva sustava). oko zajedničkog centra, itd.) (Perevedentsev Yu.P. ., 2009).

Prvi put je rast industrijske emisije CO 2 u atmosferu utvrdio Nj.E. Suess ranih 50-ih godina XX. stoljeća. Na temelju promjena u omjeru ugljika u godovima, Suess je zaključio da se atmosferski ugljični dioksid nadopunjuje emisijama CO 2 izgaranjem fosilnih goriva od druge polovice 19. stoljeća. Otkrio je da se omjer radioaktivnog C 14, koji se stalno stvara u atmosferi djelovanjem kozmičkih čestica, prema stabilnom C 12 smanjuje tijekom proteklih stotinu godina kao rezultat "razrjeđivanja" atmosferskog CO 2 strujanjem CO 2 iz fosilnih goriva, koja praktički ne sadrže C (vrijeme poluraspada C 14 jednako je 5730 godina). Tako je na temelju mjerenja u godovima otkriveno povećanje industrijske emisije CO 2 u atmosferu. Tek 1958. godine počelo je snimanje atmosferskih koncentracija CO 2 na postaji Mauna Loa u Tihom oceanu.

Riža. 4.7. Vremenski tijek koncentracije ugljičnog dioksida ( A), metan ( b) i dušikov oksid ( V) u atmosferi i njihove promjene u posljednjih 10 000 godina (velika ploča) i od 1750. godine (manja ploča umetnuta u nju). Rezultati mjerenja u naslagama leda (simboli različitih boja i konfiguracija) od raznih istraživača i mjerenja u atmosferi (crvena krivulja). Ljestvica procjena koja odgovara izmjerenim koncentracijama utjecaja zračenja prikazana je na velikim pločama s desne strane (Izvješće o procjeni klimatskih promjena i njihovih posljedica na području Ruske Federacije (AR), 2008.)

Zemljina atmosfera

Atmosfera(iz. starogrčkiἀτμός - para i σφαῖρα - lopta) - plinškoljka ( geosfera), koji okružuje planet Zemlja. Njegova unutarnja površina pokriva hidrosfera i djelomično kora, vanjski graniči sa zemaljskim dijelom svemira.

Skup grana fizike i kemije koje proučavaju atmosferu obično se naziva atmosferska fizika. Atmosfera određuje vrijeme na površini Zemlje, proučavajući vrijeme meteorologija, i dugoročne varijacije klima - klimatologija.

Struktura atmosfere

Struktura atmosfere

Troposfera

Njegova gornja granica je na nadmorskoj visini od 8-10 km u polarnim, 10-12 km u umjerenim i 16-18 km u tropskim širinama; niža zimi nego ljeti. Donji, glavni sloj atmosfere. Sadrži više od 80% ukupne mase atmosferskog zraka i oko 90% sve vodene pare prisutne u atmosferi. U troposferi su vrlo razvijeni turbulencija I konvekcija, ustati oblaci, razvijaju se cikloni I anticiklone. Temperatura opada s povećanjem nadmorske visine s prosječnom vertikalom gradijent 0,65°/100 m

Sljedeći uvjeti su prihvaćeni kao "normalni uvjeti" na površini Zemlje: gustoća 1,2 kg/m3, barometarski tlak 101,35 kPa, temperatura plus 20 °C i relativna vlažnost 50%. Ovi uvjetni pokazatelji imaju čisto inženjersko značenje.

Stratosfera

Sloj atmosfere koji se nalazi na visini od 11 do 50 km. Karakterizira ga blaga promjena temperature u sloju od 11-25 km (donji sloj stratosfere) i povećanje u sloju od 25-40 km od -56,5 do 0,8 ° S(gornji sloj stratosfere ili regije inverzije). Nakon što je dosegla vrijednost od oko 273 K (gotovo 0 °C) na visini od oko 40 km, temperatura ostaje konstantna do visine od oko 55 km. Ovo područje konstantne temperature naziva se stratopauza a granica je između stratosfere i mezosfera.

Stratopauza

Granični sloj atmosfere između stratosfere i mezosfere. U vertikalnoj raspodjeli temperature postoji maksimum (oko 0 °C).

Mezosfera

Zemljina atmosfera

Mezosfera počinje na visini od 50 km i proteže se na 80-90 km. Temperatura opada s visinom s prosječnim vertikalnim gradijentom od (0,25-0,3)°/100 m glavni je prijenos topline zračenjem. Složeni fotokemijski procesi koji uključuju slobodni radikali, vibracijski pobuđene molekule itd. uzrokuju sjaj atmosfere.

Mezopauza

Prijelazni sloj između mezosfere i termosfere. Postoji minimum u vertikalnoj raspodjeli temperature (oko -90 °C).

Karmanova linija

Visina iznad razine mora, koja se konvencionalno prihvaća kao granica između Zemljine atmosfere i svemira.

Termosfera

Glavni članak: Termosfera

Gornja granica je oko 800 km. Temperatura raste do visina od 200-300 km, gdje doseže vrijednosti reda veličine 1500 K, nakon čega ostaje gotovo konstantna do velikih nadmorskih visina. Pod utjecajem ultraljubičastog i rendgenskog sunčevog zračenja te kozmičkog zračenja dolazi do ionizacije zraka (“ polarne svjetlosti") - glavna područja ionosfera leže unutar termosfere. Na visinama iznad 300 km prevladava atomski kisik.

Atmosferski slojevi do visine od 120 km

Egzosfera (sfera raspršenja)

Egzosfera- disperzijska zona, vanjski dio termosfere, koji se nalazi iznad 700 km. Plin u egzosferi je vrlo razrijeđen i odavde njegove čestice cure u međuplanetarni prostor ( rasipanje).

Do visine od 100 km atmosfera je homogena, dobro izmiješana smjesa plinova. U višim slojevima raspodjela plinova po visini ovisi o njihovoj molekulskoj masi, koncentracija težih plinova opada brže s udaljenošću od površine Zemlje. Zbog smanjenja gustoće plina temperatura pada od 0 °C u stratosferi do −110 °C u mezosferi. Međutim, kinetička energija pojedinačnih čestica na visinama od 200-250 km odgovara temperaturi od ~1500 °C. Iznad 200 km uočavaju se značajne fluktuacije temperature i gustoće plina u vremenu i prostoru.

Na visini od oko 2000-3000 km egzosfera postupno prelazi u tzv. bliski svemirski vakuum, koji je ispunjen visoko razrijeđenim česticama međuplanetarnog plina, uglavnom atomima vodika. Ali ovaj plin predstavlja samo dio međuplanetarne materije. Drugi dio čine čestice prašine kometnog i meteorskog podrijetla. Osim iznimno razrijeđenih čestica prašine, u ovaj prostor prodire elektromagnetsko i korpuskularno zračenje sunčevog i galaktičkog podrijetla.

Troposfera čini oko 80% mase atmosfere, stratosfera - oko 20%; masa mezosfere nije veća od 0,3%, termosfera je manja od 0,05% ukupne mase atmosfere. Na temelju električnih svojstava u atmosferi razlikuju se neutronosfera i ionosfera. Trenutno se vjeruje da se atmosfera proteže do visine od 2000-3000 km.

Ovisno o sastavu plina u atmosferi, emitiraju homosfera I heterosfera. Heterosfera - To je područje gdje gravitacija utječe na razdvajanje plinova, jer je njihovo miješanje na tolikoj visini zanemarivo. To podrazumijeva promjenjiv sastav heterosfere. Ispod njega leži dobro izmiješan, homogeni dio atmosfere, tzv homosfera. Granica između tih slojeva naziva se turbo pauza, nalazi se na nadmorskoj visini od oko 120 km.

Fizička svojstva

Debljina atmosfere je otprilike 2000 - 3000 km od Zemljine površine. Ukupna masa zrak- (5,1-5,3)×10 18 kg. Molekulska masačisti suhi zrak je 28.966. Pritisak na 0 °C na razini mora 101.325 kPa; kritična temperatura-140,7 °C; kritični tlak 3,7 MPa; C str 1,0048×10 3 J/(kg K) (na 0 °C), C v 0,7159×10 3 J/(kg K) (pri 0 °C). Topivost zraka u vodi na 0 °C je 0,036%, na 25 °C - 0,22%.

Fiziološka i druga svojstva atmosfere

Već na nadmorskoj visini od 5 km razvija se neobučena osoba gladovanje kisikom a bez prilagodbe, učinak osobe je značajno smanjen. Ovdje završava fiziološka zona atmosfere. Ljudsko disanje postaje nemoguće na visini od 15 km, iako do otprilike 115 km atmosfera sadrži kisik.

Atmosfera nas opskrbljuje kisikom potrebnim za disanje. Međutim, zbog pada ukupnog tlaka atmosfere, kako se dižete na visinu, parcijalni tlak kisika se u skladu s tim smanjuje.

Ljudska pluća stalno sadrže oko 3 litre alveolarnog zraka. Parcijalni tlak kisika u alveolarnom zraku pri normalnom atmosferskom tlaku iznosi 110 mm Hg. Art., Tlak ugljičnog dioksida - 40 mm Hg. Art., I vodena para - 47 mm Hg. Umjetnost. S porastom nadmorske visine pada tlak kisika, a ukupni tlak pare vode i ugljičnog dioksida u plućima ostaje gotovo konstantan – oko 87 mm Hg. Umjetnost. Opskrba pluća kisikom potpuno će prestati kada tlak okolnog zraka postane jednak toj vrijednosti.

Na visini od oko 19-20 km atmosferski tlak pada na 47 mm Hg. Umjetnost. Stoga na ovoj visini voda i međustanična tekućina počinju ključati u ljudskom tijelu. Izvan kabine pod tlakom na ovim visinama smrt nastupa gotovo trenutno. Dakle, sa stajališta ljudske fiziologije, "svemir" počinje već na visini od 15-19 km.

Gusti slojevi zraka - troposfera i stratosfera - štite nas od štetnog djelovanja zračenja. Pri dovoljnoj razrijeđenosti zraka, na visinama većim od 36 km, ionizirajući agensi intenzivno djeluju na organizam. radijacija- primarne kozmičke zrake; Na visinama većim od 40 km ultraljubičasti dio sunčevog spektra opasan je za čovjeka.

Kako se dižemo na sve veću visinu iznad Zemljine površine, takve poznate pojave opažene u nižim slojevima atmosfere kao što su širenje zvuka, pojava aerodinamičkih lift i otpor, prijenos topline konvekcija i tako dalje.

U razrijeđenim slojevima zraka, distribucija zvuk pokazuje se nemogućim. Do visina od 60-90 km još uvijek je moguće koristiti otpor zraka i uzgon za kontrolirani aerodinamički let. Ali počevši od visina od 100-130 km, koncepti poznati svakom pilotu brojevi M I zvučni zid gube značenje, postoji kondicional Karmanova linija iza koje počinje sfera čisto balističkog leta, koja se može kontrolirati samo pomoću reaktivnih sila.

Na visinama iznad 100 km atmosfera je lišena još jednog izvanrednog svojstva - sposobnosti upijanja, provođenja i prijenosa toplinske energije konvekcijom (tj. miješanjem zraka). To znači da se različiti elementi opreme na orbitalnoj svemirskoj stanici neće moći hladiti izvana na isti način kako se to inače radi u avionu - uz pomoć zračnih mlaznica i zračnih radijatora. Na takvoj visini, kao i općenito u svemiru, jedini je način prijenosa topline toplinsko zračenje.

Atmosferski sastav

Sastav suhog zraka

Zemljina atmosfera sastoji se uglavnom od plinova i raznih nečistoća (prašine, kapljica vode, kristala leda, morske soli, produkata izgaranja).

Koncentracija plinova koji čine atmosferu gotovo je konstantna, s izuzetkom vode (H 2 O) i ugljičnog dioksida (CO 2).

Sastav suhog zraka
Dušik
Kisik
Argon
Voda
Ugljični dioksid
Neon
Helij
Metan
Kripton
Vodik
Ksenon
Dušikov oksid

Osim plinova navedenih u tablici, atmosfera sadrži SO 2, NH 3, CO, ozon, ugljikovodici, HCl, HF, parovi Hg, I 2 , i također NE i mnogi drugi plinovi u malim količinama. Troposfera stalno sadrži veliki broj suspendiranih čvrstih i tekućih čestica ( aerosol).

Povijest nastanka atmosfere

Prema najrasprostranjenijoj teoriji, Zemljina je atmosfera tijekom vremena imala četiri različita sastava. U početku se sastojao od lakih plinova ( vodik I helij), snimljen iz međuplanetarnog svemira. Ovo je tzv primarna atmosfera(prije oko četiri milijarde godina). U sljedećoj je fazi aktivna vulkanska aktivnost dovela do zasićenja atmosfere plinovima koji nisu vodik (ugljični dioksid, amonijak, vodena para). Tako je nastala sekundarna atmosfera(oko tri milijarde godina prije današnjeg dana). Ova je atmosfera bila oporavljajuća. Nadalje, proces formiranja atmosfere određen je sljedećim čimbenicima:

curenje lakih plinova (vodika i helija) u međuplanetarni prostor;

kemijske reakcije koje se odvijaju u atmosferi pod utjecajem ultraljubičastog zračenja, pražnjenja munje i nekih drugih čimbenika.

Postupno su ti čimbenici doveli do formiranja tercijarna atmosfera, karakteriziran znatno nižim udjelom vodika i puno većim udjelom dušika i ugljičnog dioksida (nastalog kao rezultat kemijskih reakcija iz amonijaka i ugljikovodika).

Dušik

Nastanak velike količine N 2 posljedica je oksidacije atmosfere amonijak-vodik molekularnim O 2, koji je počeo dolaziti s površine planeta kao rezultat fotosinteze, počevši prije 3 milijarde godina. N2 se također ispušta u atmosferu kao rezultat denitrifikacije nitrata i drugih spojeva koji sadrže dušik. Dušik se oksidira ozonom u NO u gornjoj atmosferi.

Dušik N 2 reagira samo pod određenim uvjetima (na primjer, tijekom pražnjenja munje). Oksidacija molekularnog dušika ozonom tijekom električnih pražnjenja koristi se u industrijskoj proizvodnji dušičnih gnojiva. Mogu ga uz mali utrošak energije oksidirati i pretvoriti u biološki aktivan oblik. cijanobakterije (modrozelene alge) te kvržične bakterije koje tvore rizobijalne simbioza S mahunarke biljke, tzv zelena gnojidba.

Kisik

Sastav atmosfere počeo se radikalno mijenjati pojavom na Zemlji živući organizmi, kao rezultat fotosinteza praćeno oslobađanjem kisika i apsorpcijom ugljičnog dioksida. U početku se kisik trošio na oksidaciju reduciranih spojeva - amonijaka, ugljikovodika, dušikovog oblika žlijezda sadržan u oceanima itd. Na kraju ove faze sadržaj kisika u atmosferi počeo je rasti. Postupno se formirala moderna atmosfera s oksidacijskim svojstvima. Budući da je to izazvalo ozbiljne i nagle promjene u mnogim procesima koji se odvijaju u atmosfera, litosfera I biosfera, ovaj događaj se zvao Katastrofa s kisikom.

Tijekom fanerozoik mijenjao se sastav atmosfere i sadržaj kisika. Ponajprije su korelirali s brzinom taloženja organskog sedimenta. Dakle, tijekom razdoblja nakupljanja ugljena, sadržaj kisika u atmosferi očito je značajno premašio modernu razinu.

Ugljični dioksid

Sadržaj CO 2 u atmosferi ovisi o vulkanskoj aktivnosti i kemijskim procesima u zemljinim ljuskama, ali prije svega o intenzitetu biosinteze i razgradnje organske tvari u biosfera Zemlja. Gotovo cjelokupna sadašnja biomasa planeta (oko 2,4 × 10 12 tona ) nastaje zbog ugljičnog dioksida, dušika i vodene pare sadržane u atmosferskom zraku. Pokopan u ocean, V močvare i u šumama organska tvar se pretvara u ugljen, ulje I prirodni gas. (cm. Geokemijski ciklus ugljika)

Plemeniti plinovi

Izvor inertnih plinova - argon, helij I kripton- vulkanske erupcije i raspad radioaktivnih elemenata. Zemlja općenito, a posebno atmosfera, osiromašene su inertnim plinovima u usporedbi sa svemirom. Vjeruje se da razlog tome leži u kontinuiranom istjecanju plinova u međuplanetarni prostor.

Zagađenje zraka

Nedavno je na evoluciju atmosfere počelo utjecati ljudski. Rezultat njegovih aktivnosti bio je stalni značajan porast sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi zbog izgaranja ugljikovodičnih goriva akumuliranih u prethodnim geološkim erama. Ogromne količine CO 2 troše se tijekom fotosinteze i apsorbiraju ga svjetski oceani. Ovaj plin ulazi u atmosferu zbog razgradnje karbonatnih stijena i organskih tvari biljnog i životinjskog podrijetla, kao i zbog vulkanizma i ljudske industrijske aktivnosti. Tijekom proteklih 100 godina sadržaj CO 2 u atmosferi povećao se za 10%, a glavnina (360 milijardi tona) dolazi izgaranjem goriva. Ako se stopa rasta izgaranja goriva nastavi, tada će se u sljedećih 50 - 60 godina količina CO 2 u atmosferi udvostručiti i mogla bi dovesti do globalne klimatske promjene.

Izgaranje goriva glavni je izvor zagađujućih plinova ( CO, NE, TAKO 2 ). Sumporni dioksid se oksidira atmosferskim kisikom u TAKO 3 u gornjim slojevima atmosfere, koji zauzvrat stupaju u interakciju s vodom i parama amonijaka, a rezultirajući sumporna kiselina (H 2 TAKO 4 ) I amonijev sulfat ((NH 4 ) 2 TAKO 4 ) povratak na površinu Zemlje u obliku tzv. kisela kiša. Korištenje motori s unutarnjim izgaranjem dovodi do značajnog onečišćenja atmosfere dušikovim oksidima, ugljikovodicima i spojevima olova ( tetraetil olovo Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Aerosolno onečišćenje atmosfere uzrokovano je kako prirodnim uzrocima (vulkanske erupcije, prašne oluje, unošenje kapljica morske vode i peludi biljaka itd.), tako i ljudskim gospodarskim aktivnostima (vađenje ruda i građevinskog materijala, spaljivanje goriva, proizvodnja cementa itd.). ). Intenzivno ispuštanje čestica velikih razmjera u atmosferu jedan je od mogućih uzroka klimatskih promjena na planetu.

Plinoviti omotač koji okružuje naš planet Zemlju, poznat kao atmosfera, sastoji se od pet glavnih slojeva. Ovi slojevi potječu s površine planeta, od razine mora (ponekad ispod) i dižu se u svemir sljedećim slijedom:

• Troposfera;
• Stratosfera;
• mezosfera;
• termosfera;
• Egzosfera.

Dijagram glavnih slojeva Zemljine atmosfere

Između svakog od ovih glavnih pet slojeva nalaze se prijelazne zone koje se nazivaju "stanke" gdje se događaju promjene u temperaturi, sastavu i gustoći zraka. Zajedno s pauzama, Zemljina atmosfera uključuje ukupno 9 slojeva.

Troposfera: mjesto gdje se pojavljuju vremenske prilike

Od svih slojeva atmosfere, troposfera je ona koja nam je najpoznatija (svjesni toga ili ne), budući da živimo na njenom dnu - površini planeta. Ona obavija površinu Zemlje i proteže se prema gore nekoliko kilometara. Riječ troposfera znači "promjena globusa". Vrlo prikladan naziv, budući da je ovaj sloj mjesto gdje se događa naše svakodnevno vrijeme.

Počevši od površine planeta, troposfera se diže do visine od 6 do 20 km. Donja trećina sloja, nama najbliža, sadrži 50% svih atmosferskih plinova. Ovo je jedini dio cijele atmosfere koji diše. Zbog činjenice da se zrak zagrijava odozdo od strane zemlje, koja apsorbira toplinsku energiju Sunca, temperatura i tlak troposfere opadaju s povećanjem nadmorske visine.

Na vrhu se nalazi tanki sloj koji se naziva tropopauza, a koji je samo tampon između troposfere i stratosfere.

Stratosfera: dom ozona

Stratosfera je sljedeći sloj atmosfere. Prostire se od 6-20 km do 50 km iznad površine Zemlje. Ovo je sloj u kojem leti većina komercijalnih zrakoplova i putuju baloni na vrući zrak.

Ovdje zrak ne struji gore-dolje, već se kreće paralelno s površinom u vrlo brzim zračnim strujanjima. Kako se dižete, temperatura se povećava, zahvaljujući obilju prirodnog ozona (O3), nusproizvoda sunčevog zračenja i kisika, koji ima sposobnost apsorbiranja sunčevih štetnih ultraljubičastih zraka (svako povećanje temperature s visinom u meteorologiji je poznato kao "inverzija") .

Budući da stratosfera ima toplije temperature pri dnu i niže temperature pri vrhu, konvekcija (vertikalno kretanje zračnih masa) je rijetka u ovom dijelu atmosfere. Zapravo, možete vidjeti oluju koja bjesni u troposferi iz stratosfere jer sloj djeluje kao konvekcijska kapa koja sprječava prodor olujnih oblaka.

Nakon stratosfere opet postoji tamponski sloj, ovaj put nazvan stratopauza.

Mezosfera: srednja atmosfera

Mezosfera se nalazi otprilike 50-80 km od površine Zemlje. Gornja mezosfera je najhladnije prirodno mjesto na Zemlji, gdje temperature mogu pasti ispod -143°C.

Termosfera: gornja atmosfera

Nakon mezosfere i mezopauze dolazi termosfera koja se nalazi između 80 i 700 km iznad površine planeta i sadrži manje od 0,01% ukupnog zraka u atmosferskom omotaču. Temperature ovdje dosežu i do +2000° C, ali zbog ekstremne rijetkosti zraka i nedostatka molekula plina za prijenos topline, te se visoke temperature percipiraju kao vrlo niske.

Egzosfera: granica između atmosfere i svemira

Na visini od oko 700-10 000 km iznad zemljine površine nalazi se egzosfera - vanjski rub atmosfere, koji graniči sa svemirom. Ovdje meteorološki sateliti kruže oko Zemlje.

Što je s ionosferom?

Ionosfera nije zaseban sloj, već se taj izraz zapravo koristi za označavanje atmosfere između 60 i 1000 km nadmorske visine. Obuhvaća najviše gornje dijelove mezosfere, cijelu termosferu i dio egzosfere. Ionosfera je dobila ime jer je u ovom dijelu atmosfere zračenje Sunca ionizirano kada prolazi kroz Zemljina magnetska polja na i. Ovaj fenomen se promatra sa zemlje kao polarna svjetlost.