Երկրի մթնոլորտի կազմը որպես տոկոս: Երկրի մթնոլորտը

Մթնոլորտը տարբեր գազերի խառնուրդ է։ Այն տարածվում է Երկրի մակերևույթից մինչև 900 կմ բարձրություն՝ պաշտպանելով մոլորակը արեգակնային ճառագայթման վնասակար սպեկտրից և պարունակում է գազեր, որոնք անհրաժեշտ են մոլորակի ողջ կյանքի համար։ Մթնոլորտը գրավում է արևի ջերմությունը՝ տաքացնելով երկրի մակերեսը և ստեղծելով բարենպաստ կլիմա։

Մթնոլորտային կազմը

Երկրի մթնոլորտը հիմնականում բաղկացած է երկու գազից՝ ազոտից (78%) և թթվածնից (21%)։ Բացի այդ, այն պարունակում է ածխաթթու գազի և այլ գազերի կեղտեր: մթնոլորտում այն ​​գոյություն ունի գոլորշու, ամպերի մեջ խոնավության կաթիլների և սառույցի բյուրեղների տեսքով։

Մթնոլորտի շերտերը

Մթնոլորտը բաղկացած է բազմաթիվ շերտերից, որոնց միջև հստակ սահմաններ չկան։ Տարբեր շերտերի ջերմաստիճանները զգալիորեն տարբերվում են միմյանցից:

• Անօդ մագնիտոսֆերա. Այստեղ է, որ Երկրի արբանյակների մեծ մասը թռչում է Երկրի մթնոլորտից դուրս:
• Էկզոսֆերա (մակերեսից 450-500 կմ): Գազեր գրեթե չկան։ Որոշ եղանակային արբանյակներ թռչում են էկզոսֆերայում: Ջերմոսֆերան (80-450 կմ) բնութագրվում է բարձր ջերմաստիճաններով՝ վերին շերտում հասնելով 1700°C-ի։
• Մեզոսֆերա (50-80 կմ): Այս տարածքում ջերմաստիճանը նվազում է, քանի որ բարձրությունը մեծանում է: Հենց այստեղ են այրվում երկնաքարերի մեծ մասը (տիեզերական ապարների բեկորներ), որոնք մտնում են մթնոլորտ։
• Ստրատոսֆերա (15-50 կմ): Պարունակում է օզոնային շերտ, այսինքն՝ օզոնի շերտ, որը կլանում է Արեգակի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումը: Սա հանգեցնում է Երկրի մակերեսի մոտ ջերմաստիճանի բարձրացմանը: Ռեակտիվ ինքնաթիռները սովորաբար թռչում են այստեղ, քանի որ Այս շերտում տեսանելիությունը շատ լավ է, և եղանակային պայմանների հետևանքով գրեթե ոչ մի միջամտություն չկա:
• Տրոպոսֆերա. Բարձրությունը երկրագնդի մակերեւույթից տատանվում է 8-ից 15 կմ։ Այստեղ է, որ ձևավորվում է մոլորակի եղանակը, քանի որ ք Այս շերտը պարունակում է ամենաշատ ջրի գոլորշիները, փոշին և քամիները: Ջերմաստիճանը նվազում է երկրի մակերեւույթից հեռավորության հետ։

Մթնոլորտային ճնշում

Թեև մենք դա չենք զգում, մթնոլորտի շերտերը ճնշում են գործադրում Երկրի մակերեսի վրա: Այն ամենաբարձրն է մակերեսի մոտ, և երբ հեռանում ես դրանից, աստիճանաբար նվազում է: Դա կախված է ցամաքի և օվկիանոսի ջերմաստիճանի տարբերությունից, և, հետևաբար, ծովի մակարդակից նույն բարձրության վրա գտնվող տարածքներում հաճախ տարբեր ճնշումներ են լինում: Ցածր ճնշումը բերում է թաց եղանակ, մինչդեռ բարձր ճնշումը սովորաբար պարզ եղանակ է բերում:

Օդի զանգվածների տեղաշարժը մթնոլորտում

Իսկ ճնշումները ստիպում են մթնոլորտի ստորին շերտերին խառնվել։ Այսպես են առաջանում քամիները՝ փչելով բարձր ճնշման վայրերից դեպի ցածր ճնշման շրջաններ։ Շատ շրջաններում տեղական քամիները նույնպես առաջանում են ցամաքի և ծովի միջև ջերմաստիճանի տարբերության պատճառով: Լեռները նույնպես զգալի ազդեցություն ունեն քամիների ուղղության վրա։

Ջերմոցային էֆֆեկտ

Ածխածնի երկօքսիդը և երկրագնդի մթնոլորտը կազմող այլ գազերը գրավում են արևի ջերմությունը։ Այս գործընթացը սովորաբար կոչվում է ջերմոցային էֆեկտ, քանի որ այն շատ առումներով հիշեցնում է ջերմոցներում ջերմության շրջանառությունը: Ջերմոցային էֆեկտը մոլորակի վրա գլոբալ տաքացում է առաջացնում։ Բարձր ճնշման շրջաններում՝ անտիցիկլոններ, պարզ արևոտ եղանակ է սահմանվում: Ցածր ճնշման շրջանները՝ ցիկլոնները, սովորաբար ունենում են անկայուն եղանակ: Ջերմությունն ու լույսը մտնում են մթնոլորտ: Գազերը թակարդում են երկրի մակերևույթից արտացոլվող ջերմությունը՝ դրանով իսկ առաջացնելով Երկրի վրա ջերմաստիճանի բարձրացում։

Ստրատոսֆերայում կա հատուկ օզոնային շերտ։ Օզոնը արգելափակում է արևի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման մեծ մասը՝ պաշտպանելով Երկիրը և նրա վրա գտնվող ողջ կյանքը։ Գիտնականները պարզել են, որ օզոնային շերտի քայքայման պատճառը հատուկ քլորֆտորածխածնի երկօքսիդի գազերն են, որոնք պարունակվում են որոշ աերոզոլներում և սառնարանային սարքավորումներում։ Արկտիկայի և Անտարկտիդայի վրայով օզոնային շերտում հսկայական անցքեր են հայտնաբերվել, որոնք նպաստում են Երկրի մակերեսի վրա ազդող ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման քանակի ավելացմանը:

Օզոնը ձևավորվում է մթնոլորտի ստորին հատվածում արևային ճառագայթման և տարբեր արտանետվող գոլորշիների և գազերի միջև: Սովորաբար այն ցրվում է ողջ մթնոլորտում, բայց եթե տաք օդի շերտի տակ ձևավորվում է սառը օդի փակ շերտ, օզոնը խտանում է և առաջանում է մշուշ: Ցավոք, սա չի կարող փոխարինել օզոնային անցքերում կորցրած օզոնին:

Այս արբանյակային լուսանկարում հստակ երևում է Անտարկտիդայի վրայի օզոնային շերտի անցք: Անցքի չափերը տարբեր են, սակայն գիտնականները կարծում են, որ այն անընդհատ աճում է։ Աշխատանքներ են տարվում մթնոլորտում արտանետվող գազերի մակարդակը նվազեցնելու ուղղությամբ։ Պետք է նվազեցնել օդի աղտոտվածությունը և քաղաքներում օգտագործել առանց ծխի վառելիք։ Սմոգը շատերի մոտ առաջացնում է աչքերի գրգռում և շնչահեղձություն:

Երկրի մթնոլորտի առաջացումը և էվոլյուցիան

Երկրի ժամանակակից մթնոլորտը երկար էվոլյուցիոն զարգացման արդյունք է։ Առաջացել է երկրաբանական գործոնների և օրգանիզմների կենսագործունեության համակցված գործողությունների արդյունքում։ Երկրաբանական պատմության ընթացքում երկրագնդի մթնոլորտը ենթարկվել է մի քանի խորը փոփոխությունների։ Երկրաբանական տվյալների և տեսական նախադրյալների հիման վրա երիտասարդ Երկրի նախնադարյան մթնոլորտը, որը գոյություն ուներ մոտ 4 միլիարդ տարի առաջ, կարող էր բաղկացած լինել իներտ և ազնիվ գազերի խառնուրդից՝ պասիվ ազոտի փոքր հավելումով (Ն. Ա. Յասամանով, 1985; Ա. Ս. Մոնին, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993): Ներկայումս վաղ մթնոլորտի կազմի և կառուցվածքի վերաբերյալ տեսակետը որոշ չափով փոխվել է: Առաջնային մթնոլորտը (նախամթնոլորտ) ամենավաղ նախամոլորակային փուլում, այսինքն՝ ավելի հին, քան 4,2 միլիարդ տարի, կարող է բաղկացած լինել մեթանի, ամոնիակի և ածխածնի երկօքսիդի խառնուրդից: Թաղանթի գազազերծման և երկրագնդի մակերևույթի վրա տեղի ունեցող ակտիվ եղանակային գործընթացների արդյունքում ջրային գոլորշի, ածխածնի միացություններ CO 2 և CO-ի տեսքով, ծծումբ և դրա միացությունները սկսեցին ներթափանցել մթնոլորտ, ինչպես նաև ուժեղ հալոգեն թթուներ՝ HCI, HF, HI և բորային թթու, որոնք լրացվում էին մթնոլորտում մեթանով, ամոնիակով, ջրածնով, արգոնով և որոշ այլ ազնիվ գազերով: Այս առաջնային մթնոլորտը չափազանց բարակ էր: Հետևաբար, երկրագնդի մակերևույթի ջերմաստիճանը մոտ էր ճառագայթային հավասարակշռության ջերմաստիճանին (A. S. Monin, 1977):

Ժամանակի ընթացքում առաջնային մթնոլորտի գազային բաղադրությունը սկսեց փոխակերպվել երկրի մակերևույթի վրա ցցված ժայռերի եղանակային գործընթացների, ցիանոբակտերիաների և կապույտ-կանաչ ջրիմուռների ակտիվության, հրաբխային պրոցեսների և արևի լույսի ազդեցության տակ: Սա հանգեցրեց մեթանի տարրալուծմանը ածխածնի երկօքսիդի, ամոնիակը՝ ազոտի և ջրածնի; Ածխածնի երկօքսիդը, որը կամաց-կամաց իջավ երկրի մակերեւույթ, և ազոտը սկսեցին կուտակվել երկրորդական մթնոլորտում։ Կապույտ-կանաչ ջրիմուռների կենսագործունեության շնորհիվ ֆոտոսինթեզի գործընթացում սկսեց արտադրվել թթվածին, որը, սակայն, սկզբում հիմնականում ծախսվում էր «մթնոլորտային գազերի, իսկ հետո ապարների օքսիդացման վրա։ Միաժամանակ մոլեկուլային ազոտի վերածված ամոնիակը սկսեց ինտենսիվ կուտակվել մթնոլորտում։ Ենթադրվում է, որ ժամանակակից մթնոլորտում ազոտի զգալի քանակությունը ռելիկտային է։ Մեթանը և ածխածնի օքսիդը օքսիդացվել են ածխածնի երկօքսիդի։ Ծծումբը և ջրածնի սուլֆիդը օքսիդացվել են մինչև SO 2 և SO 3, որոնք իրենց բարձր շարժունակության և թեթևության շնորհիվ արագ հեռացվել են մթնոլորտից։ Այսպիսով, նվազող մթնոլորտից մթնոլորտը, ինչպես եղել է Արխեյան և Վաղ Պրոտերոզոյան ժամանակաշրջանում, աստիճանաբար վերածվել է օքսիդացող մթնոլորտի։

Ածխածնի երկօքսիդը մթնոլորտ է ներթափանցել ինչպես մեթանի օքսիդացման, այնպես էլ թիկնոցի գազազերծման և ապարների քայքայման արդյունքում։ Այն դեպքում, երբ Երկրի ողջ պատմության ընթացքում արձակված ողջ ածխաթթու գազը պահպանվում է մթնոլորտում, նրա մասնակի ճնշումը ներկայումս կարող է դառնալ նույնը, ինչ Վեներայի վրա (Օ. Սորոխտին, Ս. Ա. Ուշակով, 1991 թ.): Բայց Երկրի վրա հակառակ գործընթացն էր գործում: Մթնոլորտից ածխածնի երկօքսիդի զգալի մասը լուծարվել է հիդրոսֆերայում, որտեղ այն օգտագործվել է հիդրոբիոնտների կողմից իրենց թաղանթները կառուցելու համար և կենսագենիկորեն վերածվել կարբոնատների։ Հետագայում դրանցից առաջացել են քիմիածին և օրգանական կարբոնատների հաստ շերտեր։

Թթվածինը մթնոլորտ է մտել երեք աղբյուրներից. Երկար ժամանակ, սկսած Երկրի հայտնվելու պահից, այն ազատվում էր թիկնոցի գազազերծման ժամանակ և հիմնականում ծախսվում օքսիդատիվ պրոցեսների վրա։Թթվածնի մեկ այլ աղբյուր էր ջրային գոլորշիների ֆոտոդիսոցիացիան արևի կոշտ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման միջոցով։ Արտաքին տեսք; Մթնոլորտում ազատ թթվածինը հանգեցրեց պրոկարիոտների մեծամասնության մահվանը, որոնք ապրում էին նվազեցման պայմաններում: Պրոկարիոտ օրգանիզմները փոխել են իրենց բնակավայրերը։ Նրանք թողեցին Երկրի մակերեսը նրա խորքերում և այն տարածքներում, որտեղ վերականգնման պայմանները դեռ պահպանվում էին: Նրանց փոխարինեցին էուկարիոտները, որոնք սկսեցին էներգետիկորեն ածխաթթու գազը վերածել թթվածնի։

Արխեյան ժամանակաշրջանում և Պրոտերոզոյական դարաշրջանի զգալի մասում, ինչպես աբիոգեն, այնպես էլ կենսագեն եղանակներով առաջացող գրեթե ողջ թթվածինը հիմնականում ծախսվում էր երկաթի և ծծմբի օքսիդացման վրա: Պրոտերոզոյան դարաշրջանի վերջում ամբողջ մետաղական երկվալենտ երկաթը, որը գտնվում է երկրի մակերևույթի վրա, կամ օքսիդացել է կամ տեղափոխվել երկրի միջուկ: Սա պատճառ դարձավ, որ թթվածնի մասնակի ճնշումը փոխվի վաղ պրոտերոզոյան մթնոլորտում։

Պրոտերոզոյական դարաշրջանի կեսերին մթնոլորտում թթվածնի կոնցենտրացիան հասել է ժյուրիի կետին և կազմել ժամանակակից մակարդակի 0,01%-ը։ Այս ժամանակից սկսած, թթվածինը սկսեց կուտակվել մթնոլորտում և, հավանաբար, արդեն Ռիֆեի վերջում դրա պարունակությունը հասավ Պաստերի կետին (ժամանակակից մակարդակի 0,1%): Հնարավոր է, որ օզոնային շերտը հայտնվել է Վենդիական ժամանակաշրջանում և այն երբեք չի անհետացել։

Երկրի մթնոլորտում ազատ թթվածնի հայտնվելը խթանեց կյանքի էվոլյուցիան և հանգեցրեց ավելի զարգացած նյութափոխանակությամբ նոր ձևերի առաջացմանը: Եթե ​​ավելի վաղ էուկարիոտիկ միաբջիջ ջրիմուռները և ցիանեաները, որոնք հայտնվել են պրոտերոզոյան դարաշրջանի սկզբում, պահանջում էին ջրի մեջ թթվածնի պարունակություն՝ իր ժամանակակից կոնցենտրացիայից ընդամենը 10-3-ով, ապա վաղ Վենդիանի վերջում ոչ կմախքային մետազոաների առաջացմամբ, այսինքն մոտ 650 միլիոն տարի առաջ մթնոլորտում թթվածնի կոնցենտրացիան պետք է զգալիորեն ավելի բարձր լինի: Ի վերջո, Metazoa-ն օգտագործում էր թթվածնային շնչառություն, և դրա համար պահանջվում էր, որ թթվածնի մասնակի ճնշումը հասնի կրիտիկական մակարդակի՝ Պաստերի կետի: Այս դեպքում անաէրոբ խմորման գործընթացը փոխարինվել է էներգետիկորեն ավելի խոստումնալից և առաջադեմ թթվածնի նյութափոխանակությամբ:

Սրանից հետո երկրագնդի մթնոլորտում թթվածնի հետագա կուտակումը բավականին արագ տեղի ունեցավ։ Կապույտ-կանաչ ջրիմուռների ծավալի աստիճանական աճը նպաստեց մթնոլորտում կենդանական աշխարհի կենսաապահովման համար անհրաժեշտ թթվածնի մակարդակի հասնելուն։ Մթնոլորտում թթվածնի պարունակության որոշակի կայունացում տեղի ունեցավ այն պահից, երբ բույսերը հասան ցամաք՝ մոտավորապես 450 միլիոն տարի առաջ: Բույսերի հայտնվելը ցամաքի վրա, որը տեղի ունեցավ Սիլուրյան ժամանակաշրջանում, հանգեցրեց մթնոլորտում թթվածնի մակարդակի վերջնական կայունացմանը: Այդ ժամանակվանից նրա կենտրոնացումը սկսեց տատանվել բավականին նեղ սահմաններում՝ երբեք չանցնելով կյանքի գոյության սահմանները։ Ծաղկավոր բույսերի հայտնվելուց հետո մթնոլորտում թթվածնի կոնցենտրացիան լիովին կայունացել է: Այս իրադարձությունը տեղի է ունեցել կավճի դարաշրջանի կեսերին, այսինքն. մոտ 100 միլիոն տարի առաջ:

Ազոտի հիմնական մասը ձևավորվել է Երկրի զարգացման վաղ փուլերում՝ հիմնականում ամոնիակի քայքայման պատճառով։ Օրգանիզմների հայտնվելով սկսվեց մթնոլորտային ազոտը օրգանական նյութերի մեջ կապելու և ծովային նստվածքներում թաղելու գործընթացը։ Օրգանիզմների ցամաք հասնելուց հետո ազոտը սկսեց թաղվել մայրցամաքային նստվածքներում: Ազատ ազոտի վերամշակման գործընթացները հատկապես ակտիվացան հողային բույսերի հայտնվելով։

Կրիպտոզոյան և Ֆաներոզոյան շրջանին, այսինքն՝ մոտ 650 միլիոն տարի առաջ, մթնոլորտում ածխաթթու գազի պարունակությունը նվազել է մինչև տասներորդական տոկոսը, և այն հասել է ժամանակակից մակարդակին մոտ պարունակության միայն վերջերս՝ մոտավորապես 10-20 միլիոն տարի: առաջ.

Այսպիսով, մթնոլորտի գազային բաղադրությունը ոչ միայն կենդանի տարածք է ապահովել օրգանիզմների համար, այլև որոշել է նրանց կենսագործունեության առանձնահատկությունները և նպաստել բնակեցմանը և էվոլյուցիային։ Օրգանիզմների համար բարենպաստ մթնոլորտի գազի բաղադրության բաշխման ի հայտ եկող խախտումները, ինչպես տիեզերական, այնպես էլ մոլորակային պատճառներով, հանգեցրին օրգանական աշխարհի զանգվածային ոչնչացումների, որոնք բազմիցս տեղի են ունեցել Կրիպտոզոյական դարաշրջանում և Ֆաներոզոյան պատմության որոշակի սահմաններում:

Մթնոլորտի էթնոսֆերային գործառույթները

Երկրի մթնոլորտն ապահովում է անհրաժեշտ նյութերը, էներգիան և որոշում նյութափոխանակության գործընթացների ուղղությունն ու արագությունը։ Ժամանակակից մթնոլորտի գազային բաղադրությունը օպտիմալ է կյանքի գոյության և զարգացման համար։ Լինելով այն տարածքը, որտեղ ձևավորվում են եղանակը և կլիման, մթնոլորտը պետք է հարմարավետ պայմաններ ստեղծի մարդկանց, կենդանիների և բուսականության համար: Մթնոլորտային օդի որակի և եղանակային պայմանների այս կամ այն ​​ուղղությամբ շեղումները ծայրահեղ պայմաններ են ստեղծում բուսական և կենդանական աշխարհի, այդ թվում՝ մարդկանց կյանքի համար:

Երկրի մթնոլորտը ոչ միայն ապահովում է մարդկության գոյության պայմանները, այլ հանդիսանում է էթնոսֆերայի էվոլյուցիայի հիմնական գործոնը։ Միաժամանակ ստացվում է, որ այն էներգիայի և հումքային ռեսուրս է արտադրության համար։ Ընդհանրապես, մթնոլորտը մարդու առողջությունը պահպանող գործոն է, իսկ որոշ տարածքներ, ելնելով ֆիզիկաաշխարհագրական պայմաններից և մթնոլորտային օդի որակից, ծառայում են որպես հանգստի գոտիներ և նախատեսված են առողջարանային-առողջարանային բուժման և մարդկանց հանգստի համար։ Այսպիսով, մթնոլորտը գեղագիտական ​​և զգացմունքային ազդեցության գործոն է։

Մթնոլորտի էթնոսֆերային և տեխնոսֆերային գործառույթները, որոնք սահմանվել են բոլորովին վերջերս (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), պահանջում են անկախ և խորը ուսումնասիրություն: Այսպիսով, մթնոլորտային էներգիայի գործառույթների ուսումնասիրությունը շատ տեղին է ինչպես շրջակա միջավայրին վնասող գործընթացների առաջացման և գործարկման, այնպես էլ մարդկանց առողջության և բարեկեցության վրա ազդեցության տեսանկյունից: Տվյալ դեպքում խոսքը ցիկլոնների և անտիցիկլոնների էներգիայի, մթնոլորտային հորձանուտների, մթնոլորտային ճնշման և այլ ծայրահեղ մթնոլորտային երևույթների մասին է, որոնց արդյունավետ օգտագործումը կնպաստի էներգիայի այլընտրանքային աղբյուրների ստացման խնդրի հաջող լուծմանը, որոնք չեն աղտոտում։ միջավայրը։ Ի վերջո, օդային միջավայրը, հատկապես դրա այն հատվածը, որը գտնվում է Համաշխարհային օվկիանոսի վերևում, մի տարածք է, որտեղ ազատ էներգիայի հսկայական քանակություն է արտանետվում:

Օրինակ՝ պարզվել է, որ միջին ուժգնությամբ արևադարձային ցիկլոններն արտազատում են ընդամենը մեկ օրում Հիրոսիմայի և Նագասակիի վրա նետված 500 հազար ատոմային ռումբի էներգիային համարժեք էներգիա։ Նման ցիկլոնի գոյության 10 օրվա ընթացքում այնքան էներգիա է արձակվում, որը բավարարում է Միացյալ Նահանգների նման երկրի բոլոր էներգետիկ կարիքները 600 տարի շարունակ։

Վերջին տարիներին տպագրվել են բնագետների մեծ թվով աշխատություններ, որոնք այս կամ այն ​​կերպ վերաբերում են գործունեության տարբեր ասպեկտներին և երկրային գործընթացների վրա մթնոլորտի ազդեցությանը, ինչը վկայում է ժամանակակից բնագիտության մեջ միջառարկայական փոխազդեցությունների ինտենսիվացման մասին: Միևնույն ժամանակ դրսևորվում է նրա որոշ ուղղությունների ինտեգրացիոն դերը, որոնցից պետք է նշել ֆունկցիոնալ-էկոլոգիական ուղղությունը գեոէկոլոգիայում։

Այս ուղղությունը խթանում է վերլուծությունը և տեսական ընդհանրացումը տարբեր գեոսֆերների էկոլոգիական գործառույթների և մոլորակային դերի վերաբերյալ, և դա, իր հերթին, կարևոր նախապայման է մեր մոլորակի ամբողջական ուսումնասիրության մեթոդաբանության և գիտական ​​հիմքերի մշակման, ռացիոնալ օգտագործման և պաշտպանության համար: նրա բնական պաշարները։

Երկրի մթնոլորտը բաղկացած է մի քանի շերտերից՝ տրոպոսֆերա, ստրատոսֆերա, մեզոսֆերա, թերմոսֆերա, իոնոլորտ և էկզոլորտ։ Տրոպոսֆերայի վերևում և ստրատոսֆերայի ստորին մասում կա օզոնով հարստացված շերտ, որը կոչվում է օզոնային վահան։ Սահմանվել են օզոնի բաշխման որոշակի (օրական, սեզոնային, տարեկան և այլն) օրինաչափություններ։ Իր ծագման օրվանից մթնոլորտը ազդել է մոլորակային գործընթացների ընթացքի վրա: Մթնոլորտի առաջնային բաղադրությունը բոլորովին այլ էր, քան ներկայումս, բայց ժամանակի ընթացքում մոլեկուլային ազոտի մասնաբաժինը և դերը անշեղորեն աճեց, մոտ 650 միլիոն տարի առաջ հայտնվեց ազատ թթվածին, որի քանակությունը շարունակաբար աճում էր, բայց ածխաթթու գազի կոնցենտրացիան: համապատասխանաբար նվազել է: Մթնոլորտի բարձր շարժունակությունը, նրա գազային բաղադրությունը և աերոզոլների առկայությունը պայմանավորում են նրա ակնառու դերը և ակտիվ մասնակցությունը երկրաբանական և կենսոլորտային մի շարք գործընթացներում: Մթնոլորտը մեծ դեր է խաղում արևային էներգիայի վերաբաշխման և աղետալի բնական երևույթների ու աղետների զարգացման գործում։ Մթնոլորտային հորձանուտները՝ տորնադոները (տորնադոները), փոթորիկները, թայֆունները, ցիկլոնները և այլ երևույթներ բացասաբար են ազդում օրգանական աշխարհի և բնական համակարգերի վրա։ Աղտոտման հիմնական աղբյուրները բնական գործոնների հետ մեկտեղ մարդու տնտեսական գործունեության տարբեր ձևերն են։ Մթնոլորտի վրա մարդածին ազդեցություններն արտահայտվում են ոչ միայն տարբեր աերոզոլների և ջերմոցային գազերի ի հայտ գալով, այլև ջրային գոլորշիների քանակի ավելացմամբ և դրսևորվում են սմոգի և թթվային անձրևների տեսքով։ Ջերմոցային գազերը փոխում են երկրագնդի մակերևույթի ջերմաստիճանային ռեժիմը, որոշ գազերի արտանետումները նվազեցնում են օզոնային շերտի ծավալը և նպաստում օզոնային անցքերի առաջացմանը։ Մեծ է Երկրի մթնոլորտի էթնոսֆերային դերը։

Մթնոլորտի դերը բնական գործընթացներում

Մակերեւութային մթնոլորտը, իր միջանկյալ վիճակում լիթոսֆերայի և արտաքին տարածության և նրա գազային կազմի միջև, պայմաններ է ստեղծում օրգանիզմների կյանքի համար։ Միևնույն ժամանակ, ապարների քայքայման եղանակը և ինտենսիվությունը, կլաստիկային նյութի տեղափոխումն ու կուտակումը կախված են տեղումների քանակից, բնույթից և հաճախականությունից, քամիների հաճախականությունից և ուժգնությունից և հատկապես օդի ջերմաստիճանից: Մթնոլորտը կլիմայական համակարգի կենտրոնական բաղադրիչն է։ Օդի ջերմաստիճան և խոնավություն, ամպամածություն և տեղումներ, քամի - այս ամենը բնութագրում է եղանակը, այսինքն ՝ մթնոլորտի անընդհատ փոփոխվող վիճակը: Միևնույն ժամանակ, այս նույն բաղադրիչները բնութագրում են կլիման, այսինքն՝ միջին երկարաժամկետ եղանակային ռեժիմը։

Գազերի բաղադրությունը, ամպերի և տարբեր կեղտերի առկայությունը, որոնք կոչվում են աերոզոլային մասնիկներ (մոխիր, փոշի, ջրային գոլորշու մասնիկներ), որոշում են արևի ճառագայթման մթնոլորտով անցնելու բնութագրերը և կանխում Երկրի ջերմային ճառագայթման արտահոսքը։ դեպի արտաքին տարածություն:

Երկրի մթնոլորտը շատ շարժուն է։ Նրանում առաջացող պրոցեսները և գազի կազմի փոփոխությունը, հաստությունը, ամպամածությունը, թափանցիկությունը և դրանում որոշակի աերոզոլային մասնիկների առկայությունը ազդում են ինչպես եղանակի, այնպես էլ կլիմայի վրա։

Բնական պրոցեսների գործողությունն ու ուղղությունը, ինչպես նաև կյանքն ու ակտիվությունը Երկրի վրա որոշվում են արևի ճառագայթմամբ: Այն ապահովում է երկրի մակերեսին մատակարարվող ջերմության 99,98%-ը։ Ամեն տարի դա կազմում է 134 * 10 19 կկալ: Այս քանակությամբ ջերմություն կարելի է ստանալ 200 միլիարդ տոննա ածուխ այրելով։ Ջրածնի պաշարները, որոնք ստեղծում են ջերմամիջուկային էներգիայի այս հոսքը Արեգակի զանգվածում, կտևեն առնվազն ևս 10 միլիարդ տարի, այսինքն՝ երկու անգամ ավելի երկար, քան մեր մոլորակի և իր գոյությունը:

Մթնոլորտի վերին սահմանին հասնող արեգակնային էներգիայի ընդհանուր քանակի մոտ 1/3-ը արտացոլվում է հետ տիեզերք, 13%-ը կլանում է օզոնային շերտը (ներառյալ գրեթե ամբողջ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումը): 7% - մթնոլորտի մնացած մասը և միայն 44% է հասնում երկրի մակերեսին: Օրական Երկիր հասնող արևի ընդհանուր ճառագայթումը հավասար է այն էներգիային, որը մարդկությունը ստացել է վերջին հազարամյակի ընթացքում բոլոր տեսակի վառելիքի այրման արդյունքում:

Երկրի մակերևույթի վրա արևային ճառագայթման բաշխման քանակն ու բնույթը սերտորեն կախված են մթնոլորտի ամպամածությունից և թափանցիկությունից: Ցրված ճառագայթման քանակի վրա ազդում են Արեգակի բարձրությունը հորիզոնից վեր, մթնոլորտի թափանցիկությունը, ջրային գոլորշիների, փոշու պարունակությունը, ածխաթթու գազի ընդհանուր քանակությունը և այլն։

Ցրված ճառագայթման առավելագույն քանակությունը հասնում է բևեռային շրջաններին։ Որքան ցածր է Արևը հորիզոնից բարձր, այնքան ավելի քիչ ջերմություն է մտնում տեղանքի տվյալ տարածք:

Մթնոլորտային թափանցիկությունն ու ամպամածությունը մեծ նշանակություն ունեն։ Ամառային ամպամած օրերին սովորաբար ավելի ցուրտ է, քան պարզ, քանի որ ցերեկային ամպամածությունը կանխում է երկրի մակերեսի տաքացումը:

Մթնոլորտի փոշոտությունը մեծ դեր է խաղում ջերմության բաշխման գործում։ Նրանում հայտնաբերված փոշու և մոխրի մանր ցրված պինդ մասնիկները, որոնք ազդում են դրա թափանցիկության վրա, բացասաբար են անդրադառնում արևային ճառագայթման բաշխման վրա, որի մեծ մասն արտացոլվում է։ Նուրբ մասնիկները մթնոլորտ են ներթափանցում երկու եղանակով՝ կա՛մ հրաբխային ժայթքումների ժամանակ արտանետվող մոխիր, կա՛մ արևադարձային և մերձարևադարձային չոր շրջաններից քամիներով տեղափոխվող անապատի փոշին: Հատկապես շատ նման փոշի է գոյանում երաշտի ժամանակ, երբ տաք օդի հոսանքները այն տանում են դեպի մթնոլորտի վերին շերտեր և կարող են երկար ժամանակ մնալ այնտեղ։ 1883 թվականին Կրակատոա հրաբխի ժայթքումից հետո տասնյակ կիլոմետրերով մթնոլորտ նետված փոշին մոտ 3 տարի մնաց ստրատոսֆերայում։ 1985 թվականին Էլ Չիչոն հրաբխի (Մեքսիկա) ժայթքման արդյունքում փոշին հասավ Եվրոպա, և, հետևաբար, մակերևույթի ջերմաստիճանի մի փոքր նվազում եղավ։

Երկրի մթնոլորտը պարունակում է տարբեր քանակությամբ ջրային գոլորշի: Բացարձակ արտահայտությամբ ըստ քաշի կամ ծավալի, դրա քանակությունը տատանվում է 2-ից 5%:

Ջրի գոլորշին, ինչպես ածխաթթու գազը, ուժեղացնում է ջերմոցային էֆեկտը: Մթնոլորտում առաջացող ամպերի և մառախուղների մեջ տեղի են ունենում յուրահատուկ ֆիզիկական և քիմիական գործընթացներ։

Մթնոլորտում ջրի գոլորշու առաջնային աղբյուրը Համաշխարհային օվկիանոսի մակերեսն է: Նրանից տարեկան գոլորշիանում է 95-ից 110 սմ հաստությամբ ջրի շերտ, որի մի մասը խտացումից հետո վերադառնում է օվկիանոս, իսկ մյուսը՝ օդային հոսանքներով ուղղվում դեպի մայրցամաքներ։ Փոփոխական խոնավ կլիմայի տարածքներում տեղումները խոնավացնում են հողը, իսկ խոնավ կլիմայական պայմաններում՝ ստորերկրյա ջրերի պաշարներ։ Այսպիսով, մթնոլորտը խոնավության կուտակիչ է և տեղումների ջրամբար։ իսկ մթնոլորտում առաջացող մառախուղները խոնավացնում են հողի ծածկը և դրանով իսկ որոշիչ դեր են խաղում բուսական և կենդանական աշխարհի զարգացման գործում:

Մթնոլորտային խոնավությունը բաշխվում է երկրի մակերևույթի վրա՝ մթնոլորտի շարժունակության պատճառով։ Այն բնութագրվում է քամիների և ճնշման բաշխման շատ բարդ համակարգով։ Շնորհիվ այն բանի, որ մթնոլորտը շարունակական շարժման մեջ է, քամու հոսքերի և ճնշման բաշխման բնույթն ու մասշտաբները մշտապես փոփոխվում են։ Շրջանառության մասշտաբները տատանվում են միկրոօդերեւութաբանականից՝ ընդամենը մի քանի հարյուր մետրի չափով, մինչեւ մի քանի տասնյակ հազար կիլոմետր գլոբալ մասշտաբով: Հսկայական մթնոլորտային հորձանուտները մասնակցում են լայնածավալ օդային հոսանքների համակարգերի ստեղծմանը և որոշում մթնոլորտի ընդհանուր շրջանառությունը։ Բացի այդ, դրանք աղետալի մթնոլորտային երեւույթների աղբյուրներ են։

Եղանակային և կլիմայական պայմանների բաշխումը և կենդանի նյութի աշխատանքը կախված են մթնոլորտային ճնշումից։ Եթե ​​մթնոլորտային ճնշումը տատանվում է փոքր սահմաններում, ապա այն որոշիչ դեր չի խաղում մարդկանց բարեկեցության և կենդանիների վարքագծի վրա և չի ազդում բույսերի ֆիզիոլոգիական գործառույթների վրա։ Ճնշման փոփոխությունները սովորաբար կապված են ճակատային երևույթների և եղանակային փոփոխությունների հետ։

Մթնոլորտային ճնշումը հիմնարար նշանակություն ունի քամու ձևավորման համար, որը, լինելով ռելիեֆ ձևավորող գործոն, ուժեղ ազդեցություն է ունենում կենդանական և բուսական աշխարհի վրա։

Քամին կարող է ճնշել բույսերի աճը և միևնույն ժամանակ նպաստել սերմերի տեղափոխմանը: Մեծ է քամու դերը եղանակային և կլիմայական պայմանների ձևավորման գործում։ Այն նաև գործում է որպես ծովային հոսանքների կարգավորիչ։ Քամին, որպես էկզոգեն գործոններից մեկը, մեծ տարածություններում նպաստում է քայքայված նյութի էրոզիային և դեֆլյացիայի:

Մթնոլորտային գործընթացների էկոլոգիական և երկրաբանական դերը

Աերոզոլային մասնիկների և դրանում պինդ փոշու առաջացման պատճառով մթնոլորտի թափանցիկության նվազումը ազդում է արեգակնային ճառագայթման բաշխման վրա՝ մեծացնելով ալբեդոն կամ ռեֆլեկտիվությունը։ Նույն արդյունքին են հանգեցնում տարբեր քիմիական ռեակցիաները, որոնք առաջացնում են օզոնի քայքայումը և ջրային գոլորշուց կազմված «մարգարիտ» ամպերի առաջացումը։ Կլիմայի փոփոխության համար պատասխանատու են արտացոլման գլոբալ փոփոխությունները, ինչպես նաև մթնոլորտային գազերի, հիմնականում ջերմոցային գազերի փոփոխությունները:

Անհավասար տաքացումը, որն առաջացնում է մթնոլորտային ճնշման տարբերություններ երկրի մակերեսի տարբեր մասերում, հանգեցնում է մթնոլորտային շրջանառության, որը տրոպոսֆերայի բնորոշ նշանն է։ Երբ ճնշման տարբերություն է առաջանում, օդը բարձր ճնշման տարածքներից շտապում է դեպի ցածր ճնշման տարածքներ: Օդային զանգվածների այս շարժումները խոնավության և ջերմաստիճանի հետ միասին որոշում են մթնոլորտային գործընթացների հիմնական էկոլոգիական և երկրաբանական առանձնահատկությունները։

Կախված արագությունից՝ քամին երկրի մակերևույթի վրա կատարում է տարբեր երկրաբանական աշխատանքներ։ 10 մ/վ արագությամբ թափահարում է ծառերի հաստ ճյուղերը՝ բարձրացնելով և տեղափոխելով փոշին և մանր ավազը; կոտրում է ծառերի ճյուղերը 20 մ/վ արագությամբ, տանում է ավազ և մանրախիճ. 30 մ/վ արագությամբ (փոթորիկ) պոկում է տների տանիքները, արմատախիլ է անում ծառերը, ջարդում սյուները, տեղաշարժում խճաքարերը և տանում մանր բեկորներ, իսկ 40 մ/վ արագությամբ փոթորիկ քամին քանդում է տները, ջարդում և քանդում է էլեկտրաէներգիան։ գծաձողեր, արմատախիլ է անում մեծ ծառեր.

Սկավալներ և տորնադոներ (տորնադոներ) - մթնոլորտային պտտահողմերը, որոնք առաջանում են տաք սեզոնին հզոր մթնոլորտային ճակատներում, մինչև 100 մ/վ արագությամբ, ունեն շրջակա միջավայրի վրա մեծ բացասական ազդեցություն՝ աղետալի հետևանքներով: Փոթորիկ քամու արագությամբ (մինչև 60-80 մ/վրկ) հորիզոնական հորձանուտներ են: Դրանք հաճախ ուղեկցվում են հորդառատ անձրևներով և ամպրոպներով, որոնք տևում են մի քանի րոպեից մինչև կես ժամ: Սքալները ծածկում են մինչև 50 կմ լայնություն և անցնում 200-250 կմ տարածություն: 1998 թվականին Մոսկվայում և Մոսկվայի մարզում փոթորիկը վնասել է բազմաթիվ տների տանիքներ և տապալել ծառեր:

Տորնադոները, որոնք կոչվում են տորնադոներ Հյուսիսային Ամերիկայում, հզոր ձագարաձև մթնոլորտային հորձանուտներ են, որոնք հաճախ կապված են ամպրոպային ամպերի հետ։ Սրանք մի քանի տասնյակից հարյուրավոր մետր տրամագծով օդի սյուներ են, որոնք սրվում են մեջտեղում: Տորնադոն ունի ձագարի տեսք, որը շատ նման է փղի բնին, որը իջնում ​​է ամպերից կամ բարձրանում երկրի մակերևույթից։ Ունենալով ուժեղ հազվադեպություն և պտտման մեծ արագություն՝ տորնադոն անցնում է մինչև մի քանի հարյուր կիլոմետր՝ քաշելով փոշին, ջուրը ջրամբարներից և տարբեր առարկաներից: Հզոր տորնադոներն ուղեկցվում են ամպրոպներով, անձրևներով և մեծ ավերիչ ուժ ունեն։

Տորնադոները հազվադեպ են հանդիպում ենթաբևեռային կամ հասարակածային շրջաններում, որտեղ անընդհատ ցուրտ կամ շոգ է։ Բաց օվկիանոսում տորնադոները քիչ են։ Տորնադոները տեղի են ունենում Եվրոպայում, Ճապոնիայում, Ավստրալիայում, ԱՄՆ-ում, իսկ Ռուսաստանում հատկապես հաճախակի են Կենտրոնական Սև Երկրի տարածաշրջանում՝ Մոսկվայի, Յարոսլավլի, Նիժնի Նովգորոդի և Իվանովոյի շրջաններում։

Տորնադոները բարձրացնում և տեղափոխում են մեքենաներ, տներ, վագոններ և կամուրջներ: Հատկապես կործանարար տորնադոներ են նկատվում ԱՄՆ-ում։ Ամեն տարի տեղի է ունենում 450-ից 1500 տորնադո, որոնց միջին թիվը կազմում է մոտ 100 մարդ: Տորնադոները արագ գործող աղետալի մթնոլորտային գործընթացներ են: Դրանք ձևավորվում են ընդամենը 20-30 րոպեում, իսկ կյանքի տևողությունը 30 րոպե է։ Ուստի գրեթե անհնար է կանխատեսել տորնադոների ժամանակն ու տեղը։

Մթնոլորտային այլ կործանարար, բայց երկարատև հորձանուտներ ցիկլոններն են: Դրանք ձևավորվում են ճնշման տարբերության պատճառով, ինչը որոշակի պայմաններում նպաստում է օդային հոսքերի շրջանաձև շարժման առաջացմանը։ Մթնոլորտային հորձանուտները առաջանում են խոնավ տաք օդի հզոր վերընթաց հոսքերի շուրջ և մեծ արագությամբ պտտվում են հարավային կիսագնդում ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ, իսկ հյուսիսում՝ ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ: Ցիկլոնները, ի տարբերություն տորնադոների, առաջանում են օվկիանոսների վրայից և իրենց կործանարար ազդեցությունն են թողնում մայրցամաքների վրա։ Հիմնական ավերիչ գործոններն են ուժեղ քամիները, ինտենսիվ տեղումները ձյան տեղումների, անձրևների, կարկուտի և հեղեղումների տեսքով: 19 - 30 մ/վ արագությամբ քամիները կազմում են փոթորիկ, 30 - 35 մ/վրկ՝ փոթորիկ, իսկ ավելի քան 35 մ/վրկ՝ փոթորիկ։

Արեւադարձային ցիկլոնները՝ փոթորիկներն ու թայֆունները, ունեն մի քանի հարյուր կիլոմետր միջին լայնություն։ Քամու արագությունը ցիկլոնի ներսում հասնում է փոթորիկի ուժի: Արեւադարձային ցիկլոնները տևում են մի քանի օրից մինչև մի քանի շաբաթ՝ շարժվելով 50-ից 200 կմ/ժ արագությամբ։ Միջին լայնության ցիկլոններն ավելի մեծ տրամագիծ ունեն։ Նրանց լայնակի չափերը տատանվում են հազարից մինչև մի քանի հազար կիլոմետր, իսկ քամու արագությունը բուռն է։ Նրանք հյուսիսային կիսագնդում շարժվում են արևմուտքից և ուղեկցվում են կարկուտի ու ձյան տեղումներով, որոնք աղետալի բնույթ ունեն։ Զոհերի քանակի և պատճառված վնասների առումով ցիկլոնները և հարակից փոթորիկները և թայֆունները ջրհեղեղներից հետո ամենամեծ բնական մթնոլորտային երևույթներն են: Ասիայի խիտ բնակեցված տարածքներում փոթորիկների զոհերի թիվը հասնում է հազարների: 1991 թվականին Բանգլադեշում 6 մ բարձրությամբ ծովային ալիքների առաջացման պատճառ դարձած փոթորիկի ժամանակ զոհվել է 125 հազար մարդ։ Թայֆունները մեծ վնաս են հասցնում ԱՄՆ-ին. Միաժամանակ տասնյակ ու հարյուրավոր մարդիկ են մահանում։ Արևմտյան Եվրոպայում փոթորիկները ավելի քիչ վնաս են պատճառում:

Ամպրոպները համարվում են աղետալի մթնոլորտային երեւույթ։ Դրանք առաջանում են, երբ տաք, խոնավ օդը շատ արագ է բարձրանում։ Արևադարձային և մերձարևադարձային գոտիների սահմանին ամպրոպներ են լինում տարեկան 90-100 օր, բարեխառն գոտում՝ 10-30 օր։ Մեր երկրում ամենաշատ ամպրոպները տեղի են ունենում Հյուսիսային Կովկասում։

Ամպրոպները սովորաբար տևում են մեկ ժամից պակաս: Հատկապես վտանգավոր են ինտենսիվ անձրևները, կարկուտը, կայծակները, քամու պոռթկումները և ուղղահայաց օդային հոսանքները։ Կարկուտի վտանգը որոշվում է կարկուտի չափերով: Հյուսիսային Կովկասում կարկուտի զանգվածը ժամանակին հասել է 0,5 կգ-ի, իսկ Հնդկաստանում գրանցվել է 7 կգ քաշով կարկտահարություն։ Մեր երկրի ամենավտանգավոր քաղաքային տարածքները գտնվում են Հյուսիսային Կովկասում։ 1992 թվականի հուլիսին Միներալնիե Վոդի օդանավակայանում կարկուտը վնասել է 18 ինքնաթիռ։

Մթնոլորտային վտանգավոր երեւույթները ներառում են կայծակ: Նրանք սպանում են մարդկանց, անասուններին, հրդեհներ են առաջացնում, վնասում են էլեկտրացանցը։ Աշխարհում ամեն տարի մոտ 10000 մարդ է մահանում ամպրոպներից և դրանց հետևանքներից։ Ավելին, Աֆրիկայի, Ֆրանսիայի և ԱՄՆ-ի որոշ շրջաններում կայծակի զոհերի թիվն ավելի շատ է, քան բնական այլ երևույթների։ ԱՄՆ-ում ամպրոպների տարեկան տնտեսական վնասը կազմում է առնվազն 700 միլիոն դոլար։

Երաշտները բնորոշ են անապատային, տափաստանային և անտառատափաստանային շրջաններին։ Տեղումների բացակայությունը հանգեցնում է հողի չորացման, ստորերկրյա ջրերի մակարդակի նվազմանը և ջրամբարներում, մինչև դրանք ամբողջությամբ չորանան։ Խոնավության պակասը հանգեցնում է բուսականության և մշակաբույսերի մահվան: Երաշտները հատկապես ուժեղ են Աֆրիկայում, Մերձավոր և Մերձավոր Արևելքում, Կենտրոնական Ասիայում և Հյուսիսային Ամերիկայի հարավում:

Երաշտը փոխում է մարդու կենսապայմանները և բացասաբար է անդրադառնում բնական միջավայրի վրա այնպիսի գործընթացների միջոցով, ինչպիսիք են հողի աղակալումը, չոր քամիները, փոշու փոթորիկները, հողի էրոզիան և անտառային հրդեհները: Հրդեհները հատկապես ուժեղ են երաշտի ժամանակ տայգայի շրջաններում, արևադարձային և մերձարևադարձային անտառներում և սավաննաներում:

Երաշտները կարճաժամկետ գործընթացներ են, որոնք տևում են մեկ սեզոն։ Երբ երաշտը տևում է ավելի քան երկու եղանակ, սովի և զանգվածային մահացության վտանգ կա: Որպես կանոն, երաշտը ազդում է մեկ կամ մի քանի երկրների տարածքի վրա: Երկարատև երաշտներ ողբերգական հետևանքներով հատկապես հաճախ են տեղի ունենում Աֆրիկայի Սահել շրջանում։

Մթնոլորտային երեւույթները, ինչպիսիք են ձյան տեղումները, կարճատև հորդառատ անձրևները և երկարատև անձրևները, մեծ վնաս են պատճառում: Ձյան տեղումները լեռներում ահռելի ձնահոսքեր են առաջացնում, իսկ տեղացած ձյան արագ հալչումը և երկարատև տեղումները հանգեցնում են ջրհեղեղների: Երկրի մակերեւույթին թափվող ջրի հսկայական զանգվածը, հատկապես ծառազուրկ վայրերում, առաջացնում է հողի խիստ էրոզիա։ Նկատվում է հեղեղատար համակարգերի ինտենսիվ աճ: Ջրհեղեղները տեղի են ունենում մեծ ջրհեղեղների հետևանքով առատ տեղումների ժամանակաշրջաններում կամ ջրի բարձր մակարդակից հետո հանկարծակի տաքացումից կամ ձյան գարնանային հալումից հետո և, հետևաբար, իրենց ծագմամբ մթնոլորտային երևույթներ են (դրանք քննարկվում են հիդրոսֆերայի էկոլոգիական դերի մասին գլխում):

Անթրոպոգեն մթնոլորտային փոփոխություններ

Ներկայումս կան բազմաթիվ տարբեր մարդածին աղբյուրներ, որոնք առաջացնում են օդի աղտոտվածություն և հանգեցնում էկոլոգիական հավասարակշռության լուրջ խախտման: Սանդղակի առումով մթնոլորտի վրա ամենամեծ ազդեցությունն ունեն երկու աղբյուր՝ տրանսպորտը և արդյունաբերությունը: Միջին հաշվով, տրանսպորտին բաժին է ընկնում մթնոլորտի աղտոտվածության ընդհանուր քանակի մոտ 60%-ը, արդյունաբերությունը՝ 15, ջերմային էներգիան՝ 15, կենցաղային և արդյունաբերական թափոնների ոչնչացման տեխնոլոգիաները՝ 10%։

Տրանսպորտը, կախված օգտագործվող վառելիքից և օքսիդացնող նյութերի տեսակներից, մթնոլորտ է արտանետում ազոտի օքսիդներ, ծծումբ, ածխածնի օքսիդներ և երկօքսիդներ, կապար և դրա միացություններ, մուր, բենզոպիրեն (նյութ բազմիցիկ անուշաբույր ածխաջրածինների խմբից, որն ուժեղ է. քաղցկեղածին, որը առաջացնում է մաշկի քաղցկեղ):

Արդյունաբերությունը մթնոլորտ է արտանետում ծծմբի երկօքսիդ, ածխածնի օքսիդներ և երկօքսիդներ, ածխաջրածիններ, ամոնիակ, ջրածնի սուլֆիդ, ծծմբաթթու, ֆենոլ, քլոր, ֆտոր և այլ քիմիական միացություններ: Բայց արտանետումների մեջ գերիշխող դիրքը (մինչև 85%) զբաղեցնում է փոշին։

Աղտոտման արդյունքում մթնոլորտի թափանցիկությունը փոխվում է՝ առաջացնելով աերոզոլներ, սմոգ և թթվային անձրևներ։

Աերոզոլները ցրված համակարգեր են, որոնք բաղկացած են պինդ մասնիկներից կամ հեղուկ կաթիլներից, որոնք կախված են գազային միջավայրում: Ցրված փուլի մասնիկների չափը սովորաբար 10 -3 -10 -7 սմ է, կախված ցրված փուլի բաղադրությունից՝ աերոզոլները բաժանվում են երկու խմբի. Մեկը ներառում է աերոզոլներ, որոնք բաղկացած են գազային միջավայրում ցրված պինդ մասնիկներից, երկրորդը ներառում է աերոզոլներ, որոնք գազային և հեղուկ փուլերի խառնուրդ են: Առաջինները կոչվում են ծխեր, իսկ երկրորդները՝ մառախուղներ։ Նրանց ձևավորման գործընթացում կարևոր դեր են խաղում խտացման կենտրոնները։ Հրաբխային մոխիրը, տիեզերական փոշին, արդյունաբերական արտանետումների արտադրանքը, տարբեր բակտերիաներ և այլն հանդես են գալիս որպես խտացման միջուկներ:Կենտրոնացման միջուկների հնարավոր աղբյուրների թիվը անընդհատ աճում է: Այսպիսով, օրինակ, երբ չոր խոտը ոչնչացվում է կրակով 4000 մ 2 տարածքի վրա, ձևավորվում են միջինը 11 * 10 22 աերոզոլային միջուկներ:

Աերոզոլները սկսեցին ձևավորվել մեր մոլորակի հայտնվելու պահից և ազդեցին բնական պայմանների վրա: Այնուամենայնիվ, դրանց քանակն ու գործողությունները, հավասարակշռված բնության մեջ նյութերի ընդհանուր ցիկլով, շրջակա միջավայրի խորը փոփոխություններ չեն առաջացրել: Նրանց ձևավորման մարդածին գործոնները այս հավասարակշռությունը տեղափոխել են դեպի զգալի կենսոլորտային գերծանրաբեռնվածություն: Այս հատկանիշը հատկապես ակնհայտ է այն բանից հետո, երբ մարդկությունը սկսեց օգտագործել հատուկ ստեղծված աերոզոլները ինչպես թունավոր նյութերի տեսքով, այնպես էլ բույսերի պաշտպանության համար:

Բուսականության համար ամենավտանգավորը ծծմբի երկօքսիդի, ջրածնի ֆտորիդի և ազոտի աերոզոլներն են: Երբ դրանք շփվում են տերևի խոնավ մակերեսի հետ, ձևավորում են թթուներ, որոնք վնասակար ազդեցություն են ունենում կենդանի օրգանիզմների վրա։ Թթվային մառախուղները ներշնչված օդի հետ ներթափանցում են կենդանիների և մարդկանց շնչառական օրգաններ և ագրեսիվ ազդեցություն են ունենում լորձաթաղանթների վրա։ Նրանցից ոմանք քայքայվում են կենդանի հյուսվածքը, իսկ ռադիոակտիվ աերոզոլները քաղցկեղ են առաջացնում: Ռադիոակտիվ իզոտոպների շարքում Sg 90-ը հատկապես վտանգավոր է ոչ միայն իր քաղցկեղածինությամբ, այլև որպես կալցիումի անալոգային՝ փոխարինելով այն օրգանիզմների ոսկորներում՝ առաջացնելով դրանց քայքայումը։

Միջուկային պայթյունների ժամանակ մթնոլորտում առաջանում են ռադիոակտիվ աերոզոլային ամպեր։ 1 - 10 միկրոն շառավղով փոքր մասնիկները ընկնում են ոչ միայն տրոպոսֆերայի վերին շերտերում, այլև ստրատոսֆերայի մեջ, որտեղ կարող են երկար ժամանակ մնալ։ Աերոզոլային ամպեր են ձևավորվում նաև միջուկային վառելիք արտադրող արդյունաբերական կայանքներում ռեակտորների աշխատանքի ժամանակ, ինչպես նաև ատոմակայաններում վթարների հետևանքով։

Սմոգը հեղուկ և պինդ ցրված փուլերով աերոզոլների խառնուրդ է, որոնք մառախլապատ վարագույր են կազմում արդյունաբերական տարածքների և խոշոր քաղաքների վրա:

Գոյություն ունի սմոգի երեք տեսակ՝ սառցե, թաց և չոր: Սառցե մշուշը կոչվում է Ալյասկայի մշուշ: Սա գազային աղտոտիչների համակցություն է՝ փոշու մասնիկների և սառույցի բյուրեղների ավելացումով, որոնք առաջանում են, երբ ջեռուցման համակարգերից մառախուղի և գոլորշու կաթիլները սառչում են:

Թաց մշուշը կամ լոնդոնյան տիպի մշուշը երբեմն անվանում են ձմեռային մշուշ: Այն գազային աղտոտիչների (հիմնականում ծծմբի երկօքսիդի), փոշու մասնիկների և մառախուղի կաթիլների խառնուրդ է։ Ձմեռային մշուշի ի հայտ գալու օդերևութաբանական նախադրյալը քամոտ եղանակն է, որի դեպքում տաք օդի շերտը գտնվում է սառը օդի վերգետնյա շերտից (700 մ-ից ցածր): Այս դեպքում տեղի է ունենում ոչ միայն հորիզոնական, այլեւ ուղղահայաց փոխանակում: Աղտոտիչները, սովորաբար ցրված են բարձր շերտերում, այս դեպքում կուտակվում են մակերեսային շերտում։

Չոր սմոգը առաջանում է ամռանը և հաճախ կոչվում է Լոս Անջելեսի տիպի մշուշ: Այն օզոնի, ածխածնի երկօքսիդի, ազոտի օքսիդների և թթվային գոլորշիների խառնուրդ է։ Նման մշուշն առաջանում է արեգակնային ճառագայթման միջոցով աղտոտող նյութերի, հատկապես դրա ուլտրամանուշակագույն մասի քայքայման արդյունքում։ Օդերեւութաբանական նախադրյալը մթնոլորտային ինվերսիա է, որն արտահայտվում է տաք օդի վերևում սառը օդի շերտի տեսքով: Սովորաբար, տաք օդային հոսանքների միջոցով բարձրացված գազերը և պինդ մասնիկները հետո ցրվում են վերին սառը շերտերի մեջ, բայց այս դեպքում դրանք կուտակվում են ինվերսիոն շերտում: Ֆոտոլիզի գործընթացում ավտոմեքենաների շարժիչներում վառելիքի այրման ժամանակ առաջացած ազոտի երկօքսիդները քայքայվում են.

NO 2 → NO + O

Այնուհետև տեղի է ունենում օզոնի սինթեզ.

O + O 2 + M → O 3 + M

NO + O → NO 2

Ֆոտոդիսոցացման գործընթացները ուղեկցվում են դեղնականաչավուն փայլով։

Բացի այդ, տեղի են ունենում տիպի ռեակցիաներ՝ SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, այսինքն՝ առաջանում է ուժեղ ծծմբական թթու:

Օդերեւութաբանական պայմանների փոփոխությամբ (քամու առաջացում կամ խոնավության փոփոխություն) սառը օդը ցրվում է, և մշուշը վերանում է։

Սմոգի մեջ քաղցկեղածին նյութերի առկայությունը հանգեցնում է շնչառական խնդիրների, լորձաթաղանթների գրգռման, արյան շրջանառության խանգարումների, ասթմատիկ շնչահեղձության և հաճախ մահվան: Սմոգը հատկապես վտանգավոր է փոքր երեխաների համար։

Թթվային անձրևը մթնոլորտային տեղումներ է, որոնք թթվում են ծծմբի օքսիդների, ազոտի և դրանցում լուծված պերքլորաթթվի և քլորի արդյունաբերական արտանետումների արդյունքում: Ածուխի և գազի այրման գործընթացում դրանում պարունակվող ծծմբի մեծ մասը՝ ինչպես օքսիդի, այնպես էլ երկաթի միացություններում, մասնավորապես՝ պիրիտում, պիրրոտիտում, խալկոպիրիտում և այլն, վերածվում է ծծմբի օքսիդի, որը միասին. ածխաթթու գազով, արտանետվում է մթնոլորտ։ Երբ մթնոլորտային ազոտը և տեխնիկական արտանետումները միանում են թթվածնի հետ, ձևավորվում են տարբեր ազոտի օքսիդներ, և առաջացած ազոտի օքսիդների ծավալը կախված է այրման ջերմաստիճանից։ Ազոտի օքսիդների հիմնական մասը տեղի է ունենում տրանսպորտային միջոցների և դիզելային լոկոմոտիվների շահագործման ժամանակ, իսկ ավելի փոքր մասը՝ էներգետիկ ոլորտում և արդյունաբերական ձեռնարկություններում: Հիմնական թթու ձևավորողներն են ծծմբի և ազոտի օքսիդները: Մթնոլորտային թթվածնի և դրանում պարունակվող ջրային գոլորշու հետ փոխազդելիս առաջանում են ծծմբային և ազոտական ​​թթուներ։

Հայտնի է, որ շրջակա միջավայրի ալկալային-թթվային հավասարակշռությունը որոշվում է pH արժեքով։ Չեզոք միջավայրն ունի pH 7 արժեք, թթվային միջավայրը՝ 0, իսկ ալկալայինը՝ 14: Ժամանակակից դարաշրջանում անձրևաջրի pH արժեքը 5,6 է, թեև ոչ վաղ անցյալում այն չեզոք էր. PH արժեքի մեկով նվազումը համապատասխանում է թթվայնության տասնապատիկ աճին, և, հետևաբար, ներկայումս գրեթե ամենուր թթվայնությամբ անձրև է ընկնում: Արևմտյան Եվրոպայում գրանցված անձրևների առավելագույն թթվայնությունը կազմել է 4-3,5 pH: Պետք է հաշվի առնել, որ 4-4,5 pH արժեքը մահացու է ձկների մեծ մասի համար։

Թթվային անձրևը ագրեսիվ ազդեցություն է ունենում Երկրի բուսականության, արդյունաբերական և բնակելի շենքերի վրա և նպաստում է մերկացած ապարների եղանակային ազդեցության զգալի արագացմանը: Թթվայնության բարձրացումը խոչընդոտում է հողերի չեզոքացման ինքնակարգավորմանը, որոնցում լուծվում են սննդանյութերը: Սա իր հերթին բերում է բերքատվության կտրուկ նվազման և առաջացնում է բուսածածկույթի դեգրադացիա։ Հողի թթվայնությունը նպաստում է կապված ծանր հողերի արտազատմանը, որոնք աստիճանաբար կլանվում են բույսերի կողմից՝ պատճառելով հյուսվածքների լուրջ վնաս և ներթափանցելով մարդու սննդային շղթա։

Ծովի ջրերի ալկալային թթվային ներուժի փոփոխությունը, հատկապես ծանծաղ ջրերում, հանգեցնում է բազմաթիվ անողնաշարավորների վերարտադրության դադարեցմանը, առաջացնում է ձկների մահ և խախտում է էկոլոգիական հավասարակշռությունը օվկիանոսներում։

Թթվային անձրեւների հետեւանքով ոչնչացման վտանգի տակ են Արեւմտյան Եվրոպայի, Բալթյան երկրների, Կարելիայի, Ուրալի, Սիբիրի եւ Կանադայի անտառները։

Երկրի մթնոլորտի կառուցվածքն ու կազմը, պետք է ասել, միշտ չէ, որ մշտական ​​արժեքներ են եղել մեր մոլորակի զարգացման այս կամ այն ​​ժամանակաշրջանում: Այսօր այս տարրի ուղղահայաց կառուցվածքը, որն ունի 1,5-2,0 հազար կմ ընդհանուր «հաստություն», ներկայացված է մի քանի հիմնական շերտերով, ներառյալ.

1. Տրոպոսֆերա.
2. Տրոպոպաուզա.
3. Ստրատոսֆերա.
4. Ստրատոպաուզա.
5. Մեզոսֆերա և մեզոպաուզա.
6. Ջերմոսֆերա.
7. Էկզոսֆերա.

Մթնոլորտի հիմնական տարրերը

Տրոպոսֆերան շերտ է, որի մեջ նկատվում են ուժեղ ուղղահայաց և հորիզոնական շարժումներ, այստեղ է ձևավորվում եղանակը, նստվածքային երևույթները, կլիմայական պայմանները։ Այն տարածվում է մոլորակի մակերևույթից 7-8 կմ հեռավորության վրա գրեթե ամենուր, բացառությամբ բևեռային շրջանների (այնտեղ մինչև 15 կմ): Տրոպոսֆերայում ջերմաստիճանի աստիճանական նվազում է նկատվում, մոտավորապես 6,4 ° C-ով յուրաքանչյուր կիլոմետր բարձրության վրա: Այս ցուցանիշը կարող է տարբերվել տարբեր լայնությունների և սեզոնի համար:

Երկրի մթնոլորտի կազմն այս հատվածում ներկայացված է հետևյալ տարրերով և դրանց տոկոսներով.

Ազոտ - մոտ 78 տոկոս;

թթվածին - գրեթե 21 տոկոս;

Արգոն - մոտ մեկ տոկոս;

Ածխածնի երկօքսիդ - 0,05% -ից պակաս:

Մեկ կոմպոզիցիա մինչև 90 կիլոմետր բարձրության վրա

Բացի այդ, այստեղ դուք կարող եք գտնել փոշի, ջրի կաթիլներ, ջրի գոլորշի, այրման արտադրանք, սառցե բյուրեղներ, ծովային աղեր, շատ աերոզոլային մասնիկներ և այլն: Երկրի մթնոլորտի այս կազմը դիտվում է մինչև մոտավորապես իննսուն կիլոմետր բարձրության վրա, ուստի օդը մոտավորապես նույնն է քիմիական բաղադրությամբ, ոչ միայն տրոպոսֆերայում, այլ նաև ծածկող շերտերում։ Բայց այնտեղ մթնոլորտը սկզբունքորեն տարբեր ֆիզիկական հատկություններ ունի։ Ընդհանուր քիմիական բաղադրություն ունեցող շերտը կոչվում է հոմոսֆերա։

Ի՞նչ այլ տարրեր են կազմում Երկրի մթնոլորտը: Տոկոսով (ըստ ծավալի, չոր օդում) գազեր, ինչպիսիք են կրիպտոնը (մոտ 1,14 x 10 -4), քսենոնը (8,7 x 10 -7), ջրածինը (5,0 x 10 -5), մեթանը (մոտ 1,7 x 10 -5) այստեղ ներկայացված են 4), ազոտի օքսիդ (5,0 x 10 -5) և այլն: Զանգվածային տոկոսով թվարկված բաղադրիչներից ամենաշատն են ազոտի օքսիդը և ջրածինը, որին հաջորդում են հելիումը, կրիպտոնը և այլն։

Մթնոլորտային տարբեր շերտերի ֆիզիկական հատկությունները

Տրոպոսֆերայի ֆիզիկական հատկությունները սերտորեն կապված են մոլորակի մակերեսին նրա մոտ լինելու հետ։ Այստեղից արտացոլված արեգակնային ջերմությունը ինֆրակարմիր ճառագայթների տեսքով ուղղվում է դեպի վեր՝ ներառելով հաղորդման և կոնվեկցիայի գործընթացները։ Այդ իսկ պատճառով ջերմաստիճանը նվազում է երկրի մակերևույթից հեռավորության հետ մեկտեղ։ Այս երևույթը դիտվում է մինչև ստրատոսֆերայի բարձրությունը (11-17 կիլոմետր), այնուհետև ջերմաստիճանը դառնում է գրեթե անփոփոխ մինչև 34-35 կմ, այնուհետև ջերմաստիճանը կրկին բարձրանում է մինչև 50 կիլոմետր բարձրություններ (ստրատոսֆերայի վերին սահմանը) . Ստրատոսֆերայի և տրոպոսֆերայի միջև կա տրոպոպաուզի բարակ միջանկյալ շերտ (մինչև 1-2 կմ), որտեղ հասարակածից վերև դիտվում են մշտական ​​ջերմաստիճաններ՝ մոտ մինուս 70 ° C և ցածր: Բևեռների վերևում տրոպոպաուզը «տաքանում է» ամռանը մինչև մինուս 45°C, ձմռանը այստեղ ջերմաստիճանը տատանվում է -65°C-ի սահմաններում:

Երկրի մթնոլորտի գազային բաղադրությունը ներառում է այնպիսի կարևոր տարր, ինչպիսին օզոնն է։ Մակերեւույթում այն ​​համեմատաբար քիչ է (տասից մինչև մեկ տոկոսի մինուս վեցերորդ ուժը), քանի որ գազը ձևավորվում է մթնոլորտի վերին մասերում ատոմային թթվածնի արևի լույսի ազդեցության տակ: Մասնավորապես, ամենաշատ օզոնը գտնվում է մոտ 25 կմ բարձրության վրա, իսկ ամբողջ «օզոնային էկրանը» գտնվում է բևեռներում 7-8 կմ, հասարակածի մոտ 18 կմ և ընդհանուր առմամբ մինչև հիսուն կիլոմետր հեռավորության վրա գտնվող տարածքներում: մոլորակի մակերեսը.

Մթնոլորտը պաշտպանում է արեգակնային ճառագայթումից

Երկրի մթնոլորտում օդի բաղադրությունը շատ կարևոր դեր է խաղում կյանքի պահպանման գործում, քանի որ առանձին քիմիական տարրեր և բաղադրություններ հաջողությամբ սահմանափակում են արևային ճառագայթման հասանելիությունը երկրի մակերեսին և դրա վրա ապրող մարդկանց, կենդանիներին և բույսերին: Օրինակ, ջրի գոլորշիների մոլեկուլները արդյունավետորեն կլանում են ինֆրակարմիր ճառագայթման գրեթե բոլոր միջակայքերը, բացառությամբ 8-ից 13 մկմ երկարությունների: Օզոնը կլանում է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումը մինչև 3100 Ա ալիքի երկարություն: Առանց դրա բարակ շերտի (միջինում ընդամենը 3 մմ, եթե տեղադրված է մոլորակի մակերեսին), միայն ջուրը 10 մետրից ավելի խորության վրա և ստորգետնյա քարանձավներ, որտեղ արևի ճառագայթումը բացակայում է: հասանելիությունը կարելի է բնակեցնել..

Զրո Ցելսիուս ստրատոպաուզայում

Մթնոլորտի հաջորդ երկու մակարդակների՝ ստրատոսֆերայի և մեզոսֆերայի միջև կա ուշագրավ շերտ՝ ստրատոպաուզա։ Այն մոտավորապես համապատասխանում է օզոնի առավելագույն բարձրությանը, և այստեղ ջերմաստիճանը համեմատաբար հարմար է մարդկանց համար՝ մոտ 0°C: Ստրատոպաուզայի վերևում, մեզոսֆերայում (սկսվում է ինչ-որ տեղ 50 կմ բարձրության վրա և ավարտվում 80-90 կմ բարձրության վրա), ջերմաստիճանի անկում կրկին նկատվում է Երկրի մակերևույթից հեռավորության աճով (մինուս 70-80 ° C): ) Երկնաքարերը սովորաբար ամբողջությամբ այրվում են մեզոսֆերայում:

Ջերմոսֆերայում՝ գումարած 2000 Կ!

Ջերմոսֆերայում Երկրի մթնոլորտի քիմիական բաղադրությունը (սկսվում է մեզոպաուզայից հետո՝ մոտ 85-90-ից 800 կմ բարձրություններից) որոշում է այնպիսի երևույթի հնարավորությունը, ինչպիսին է շատ հազվադեպ «օդի» շերտերի աստիճանական տաքացումը արևային ճառագայթման ազդեցության տակ։ . Մոլորակի «օդային ծածկույթի» այս հատվածում ջերմաստիճանները տատանվում են 200-ից մինչև 2000 K, որոնք ստացվում են թթվածնի իոնացման (ատոմային թթվածինը գտնվում է 300 կմ-ից բարձր), ինչպես նաև թթվածնի ատոմների մոլեկուլների վերահամակցման շնորհիվ։ , որն ուղեկցվում է մեծ քանակությամբ ջերմության արձակմամբ։ Ջերմոսֆերան այն վայրն է, որտեղ առաջանում են բևեռափայլերը։

Թերմոսֆերայի վերևում էկզոլորտն է՝ մթնոլորտի արտաքին շերտը, որտեղից լույսի և արագ շարժվող ջրածնի ատոմները կարող են դուրս գալ արտաքին տարածություն։ Երկրի մթնոլորտի քիմիական բաղադրությունն այստեղ ներկայացված է հիմնականում թթվածնի առանձին ատոմներով՝ ստորին շերտերում, հելիումի ատոմներով՝ միջին շերտերում և գրեթե բացառապես ջրածնի ատոմներով՝ վերին շերտերում։ Այստեղ գերակշռում են բարձր ջերմաստիճանները՝ մոտ 3000 Կ, և չկա մթնոլորտային ճնշում։

Ինչպե՞ս է ձևավորվել երկրագնդի մթնոլորտը:

Բայց, ինչպես նշվեց վերեւում, մոլորակը միշտ չէ, որ ունեցել է նման մթնոլորտային կազմ։ Ընդհանուր առմամբ, այս տարրի ծագման երեք հասկացություն կա. Առաջին վարկածը ենթադրում է, որ մթնոլորտը վերցվել է նախամոլորակային ամպից կուտակման գործընթացի միջոցով: Այնուամենայնիվ, այսօր այս տեսությունը զգալի քննադատության է ենթարկվում, քանի որ նման առաջնային մթնոլորտը պետք է ոչնչացվեր մեր մոլորակային համակարգի աստղի արևային «քամին»: Բացի այդ, ենթադրվում է, որ ցնդող տարրերը չեն կարողացել պահպանվել երկրային մոլորակների առաջացման գոտում չափազանց բարձր ջերմաստիճանի պատճառով։

Երկրի առաջնային մթնոլորտի բաղադրությունը, ինչպես ենթադրվում է երկրորդ վարկածով, կարող էր ձևավորվել մակերևույթի ակտիվ ռմբակոծման հետևանքով աստերոիդների և գիսաստղերի կողմից, որոնք ժամանել էին Արեգակնային համակարգի շրջակայքից զարգացման վաղ փուլերում: Բավականին դժվար է հաստատել կամ հերքել այս հայեցակարգը։

Փորձ IDG RAS-ում

Ամենահավանականը թվում է երրորդ վարկածը, որը կարծում է, որ մթնոլորտը առաջացել է երկրակեղևի թաղանթից գազերի արտանետման արդյունքում մոտավորապես 4 միլիարդ տարի առաջ։ Այս հայեցակարգը փորձարկվել է Ռուսաստանի գիտությունների ակադեմիայի աշխարհագրության ինստիտուտում «Ցարև 2» կոչվող փորձի ժամանակ, երբ վակուումում տաքացվել է երկնաքարային ծագման նյութի նմուշը։ Այնուհետև արձանագրվեց գազերի արտազատում, ինչպիսիք են H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 և այլն: Հետևաբար, գիտնականները ճիշտ ենթադրեցին, որ Երկրի առաջնային մթնոլորտի քիմիական կազմը ներառում է ջուր և ածխածնի երկօքսիդ, ջրածնի ֆտոր ( HF), ածխածնի մոնօքսիդ գազ (CO), ջրածնի սուլֆիդ (H 2 S), ազոտի միացություններ, ջրածին, մեթան (CH 4), ամոնիակի գոլորշի (NH 3), արգոն և այլն: Առաջնային մթնոլորտից ջրի գոլորշին մասնակցել է առաջացմանը: հիդրոսֆերայի մեջ ածխաթթու գազը ավելի մեծ չափով կապված վիճակում էր օրգանական նյութերում և ապարներում, ազոտը անցնում էր ժամանակակից օդի բաղադրության մեջ, ինչպես նաև կրկին նստվածքային ապարների և օրգանական նյութերի մեջ:

Երկրի առաջնային մթնոլորտի կազմը թույլ չի տա ժամանակակից մարդկանց այնտեղ լինել առանց շնչառական ապարատի, քանի որ այն ժամանակ թթվածին չկար անհրաժեշտ քանակությամբ։ Այս տարրը զգալի քանակությամբ հայտնվել է մեկուկես միլիարդ տարի առաջ, որը ենթադրվում է, որ կապված է կապտականաչ և այլ ջրիմուռների ֆոտոսինթեզի գործընթացի զարգացման հետ, որոնք մեր մոլորակի ամենահին բնակիչներն են:

Նվազագույն թթվածին

Այն, որ Երկրի մթնոլորտի բաղադրությունը սկզբում գրեթե թթվածնից զերծ է եղել, վկայում է այն փաստը, որ հեշտությամբ օքսիդացող, բայց ոչ օքսիդացող գրաֆիտը (ածխածինը) հայտնաբերվել է ամենահին (կատարխեյան) ապարներում։ Այնուհետև հայտնվեցին այսպես կոչված ժապավենային երկաթի հանքաքարեր, որոնք ներառում էին հարստացված երկաթի օքսիդների շերտեր, ինչը նշանակում է մոլեկուլային ձևով թթվածնի հզոր աղբյուրի մոլորակի վրա հայտնվելը: Բայց այդ տարրերը հայտնաբերվեցին միայն պարբերաբար (գուցե նույն ջրիմուռները կամ թթվածնի այլ արտադրողները հայտնվեցին փոքր կղզիներում անօքսիկ անապատում), մինչդեռ մնացած աշխարհը անաէրոբ էր: Վերջինիս հիմնավորումն այն է, որ հեշտությամբ օքսիդացող պիրիտը հայտնաբերվել է հոսքով մշակված խճաքարերի տեսքով՝ առանց քիմիական ռեակցիաների հետքի։ Քանի որ հոսող ջրերը չեն կարող վատ օդափոխվել, տեսակետ է ձևավորվել, որ մինչ Քեմբրյան մթնոլորտը պարունակում էր այսօրվա թթվածնի բաղադրության մեկ տոկոսից պակասը:

Օդի կազմի հեղափոխական փոփոխություն

Մոտավորապես պրոտերոզոյական դարաշրջանի կեսերին (1,8 միլիարդ տարի առաջ) տեղի ունեցավ «թթվածնային հեղափոխություն», երբ աշխարհն անցավ աերոբիկ շնչառության, որի ընթացքում սննդանյութի մեկ մոլեկուլից (գլյուկոզա) կարելի է ստանալ 38, և ոչ թե երկու (ինչպես Անաէրոբ շնչառություն) էներգիայի միավորներ. Երկրի մթնոլորտի բաղադրությունը թթվածնի առումով սկսեց գերազանցել այսօրվա մեկ տոկոսը, և սկսեց առաջանալ օզոնային շերտ, որը պաշտպանում էր օրգանիզմները ճառագայթումից: Նրանից էր, որ, օրինակ, այնպիսի հնագույն կենդանիներ, ինչպիսիք են տրիլոբիտները, «թաքնվեցին» հաստ պատյանների տակ: Այդ ժամանակից մինչև մեր ժամանակները հիմնական «շնչառական» տարրի պարունակությունը աստիճանաբար և դանդաղորեն ավելացավ՝ ապահովելով մոլորակի վրա կենսաձևերի զարգացման բազմազանությունը։

Մթնոլորտի բաղադրության փոփոխությունը հանգեցնում է մթնոլորտի ճառագայթման ռեժիմի վրա ազդեցության. սա գլոբալ կլիմայական համակարգի վրա մարդածին ազդեցության հիմնական մեխանիզմն է առաջիկա տասնամյակների արդյունաբերության զարգացման ներկա և սպասվող մակարդակում:

Մթնոլորտային ջերմոցային գազերի ներդրումը (տես. Ջերմոցային էֆֆեկտ) կազմում է այս ազդեցության հիմնական մասը: Ջերմոցային գազերի կոնցենտրացիաների ազդեցությունը ջերմաստիճանի վրա որոշվում է Երկրից եկող երկարալիք ճառագայթման կլանմամբ և, հետևաբար, երկրի մակերևույթի արդյունավետ ճառագայթման նվազմամբ։ Այս դեպքում առավելագույն ջերմաստիճանները բարձրանում են, իսկ մթնոլորտի ավելի բարձր շերտերի ջերմաստիճանը նվազում է ճառագայթման մեծ կորուստների պատճառով։ Այս ազդեցությունը ուժեղանում է երկու հանգամանքով.

1) տաքացման ժամանակ մթնոլորտում ջրի գոլորշու քանակի ավելացում, որը նաև արգելափակում է երկար ալիքային ճառագայթումը.

2) տաքացման ժամանակ բևեռային սառույցի նահանջը, ինչը նվազեցնում է Երկրի ալբեդոն համեմատաբար բարձր լայնություններում:

Բոլոր երկարակյաց ջերմոցային գազերը և օզոնը ապահովում են դրական ճառագայթման ուժ (2,9 ± 0,3 Վտ/մ2): Բոլոր ջերմոցային գազերի և աերոզոլների կոնցենտրացիայի փոփոխության հետ կապված մարդածին գործոնների ճառագայթման ընդհանուր ազդեցությունը կազմում է 1,6 (0,6-ից մինչև 2,4) Վտ/մ2: Բոլոր տեսակի աերոզոլները ուղղակի և անուղղակիորեն ստեղծում են ճառագայթային ազդեցություն՝ փոխելով ամպային ալբեդոն: Աերոզոլի ընդհանուր ազդեցությունը բացասական է (–1,3 ± 0,8 Վտ/մ2): Այնուամենայնիվ, այս գնահատականների հավաստիությունը շատ ավելի ցածր է, քան ջերմոցային գազերի համար ստացվածները (Գնահատման հաշվետվություն, 2008 թ.):

Մթնոլորտում ջերմոցային գազեր, որոնք էականորեն ազդում են տնտեսական գործունեության վրա.

– ածխաթթու գազ(CO 2)կլիմայի վերահսկման տեսանկյունից ամենակարեւոր ջերմոցային գազն է։ Վերջին 250 տարիների ընթացքում մթնոլորտում դրա կոնցենտրացիայի աննախադեպ աճ է գրանցվել 35%-ով։ 2005 թվականին այն կազմել է 379 մլն –1;

– մեթան(CH 4) CO2-ից հետո երկրորդ կարևորագույն ջերմոցային գազն է. դրա կոնցենտրացիան նախաարդյունաբերական շրջանի համեմատ աճել է 2,5 անգամ և 2005 թվականին կազմել է 1774 ppb;

– ազոտային օքսիդ(N2O)նրա կոնցենտրացիան մինչև 2005 թվականը նախաարդյունաբերական շրջանի համեմատ աճել է 18%-ով և կազմել 319 մլրդ –1; Ներկայումս մթնոլորտ մտնող N 2 O քանակի մոտավորապես 40%-ը պայմանավորված է տնտեսական գործունեության (պարարտանյութեր, անասնաբուծություն, քիմիական արդյունաբերություն):

Վրա բրինձ. 4.7ներկայացված է ածխաթթու գազի կոնցենտրացիայի ժամանակային ընթացքը ( Ա), մեթան ( բ) և ազոտի օքսիդ ( Վ) մթնոլորտում և դրանց փոփոխությունները վերջին 10000 տարիների ընթացքում և 1750 թվականից սկսած: Ժամանակի ընթացքը ստացվել է տարբեր հետազոտողների սառցե հանքավայրերի չափումներից և մթնոլորտում կատարված չափումներից: Նկարը հստակ ցույց է տալիս CO 2-ի և այլ գազերի առաջանցիկ աճը արդյունաբերական դարաշրջանում:

Համաձայն IPCC Չորրորդ գնահատման զեկույցի (2007), արդյունաբերական դարաշրջանում մթնոլորտում կլիմայական ակտիվ գազերի կոնցենտրացիաների զգալի աճ է նկատվում: Այսպիսով, վերջին 250 տարիների ընթացքում ածխաթթու գազի (CO 2) կոնցենտրացիաները մթնոլորտում աճել են 280-ից հասնելով 379 ppm-ի (մեկ միլիոն մասի մեկ միավորի ծավալի համար): Մթնոլորտում ջերմոցային գազերի ներկայիս կոնցենտրացիան, որը որոշվում է սառցե միջուկներից օդային փուչիկների վերլուծությամբ, որոնք պահպանել են Անտարկտիդայի հնագույն մթնոլորտի կազմը, շատ ավելի բարձր է, քան վերջին 10 հազար տարվա ցանկացած ժամանակ: Մթնոլորտային մեթանի համաշխարհային կոնցենտրացիաները արդյունաբերական դարաշրջանում աճել են 715-ից մինչև 1774 ppb (մաս մեկ միլիարդ մեկ միավորի համար): Ջերմոցային գազերի կոնցենտրացիաների առավել կտրուկ աճը նկատվել է վերջին տասնամյակների ընթացքում, ինչը հանգեցրել է մթնոլորտի տաքացման:

Այսպիսով, գործընթացը ժամանակակից կլիմայի տաքացումտեղի է ունենում կայունության ֆոնին ջերմոցային գազերի կոնցենտրացիայի ավելացում, և առաջին հերթին ածխաթթու գազ (CO 2): Այսպիսով, ըստ 1999 թվականի տվյալների, CO 2 արտանետումները մարդու գործունեության արդյունքում՝ հանածո վառելիքի այրման արդյունքում, 1996 թվականին հասել է 6,2 միլիարդ տոննայի, ինչը գրեթե 4 անգամ ավելի է, քան 1950 թվականին։ 1750-ից 2000 թվականներին մթնոլորտում ածխաթթու գազի կոնցենտրացիայի աճ է գրանցվել 31%-ով (Perevedentsev Yu.P., 2009):

Ռուսական Տերիբերկա կայանում CO 2-ի կոնցենտրացիայի ժամանակային ընթացքը (Նկար 4.8) ցույց է տալիս, որ CO 2-ի աճի միջին տեմպը 20 տարվա ընթացքում կազմել է տարեկան 1,7 մլն -1, սեզոնային զգալի տատանումներով, որոնք հավասար են 15÷20 մլն -1:

Բրինձ. 2.8. CO 2-ի կոնցենտրացիայի ժամանակային ընթացքը մթնոլորտում Տերիբերկա կայարանում (Կոլա թերակղզի) 1988 թվականից ի վեր դիտարկման ժամանակաշրջանի համար: Կետերը և գծերը ցույց են տալիս մեկ չափումներ ( 1 ), հարթեցված սեզոնային տատանումները ( 2 ) և երկարաժամկետ միտում ( 3 ) CO 2 CO 2 կոնցենտրացիան, ppm (OD, 2008)

Ջերմոցային էֆեկտի մեխանիզմը բացատրվում է Երկիր եկող արեգակնային ճառագայթման և Երկրից հեռացող ճառագայթման մթնոլորտի կլանման կարողությունների տարբերությամբ։ Երկիրը Արեգակից ճառագայթում է ստանում սպեկտրի լայն գոտում՝ մոտ 0,5 մկմ ալիքի միջին երկարությամբ, և այս կարճ ալիքի ճառագայթումը գրեթե անցնում է մթնոլորտով։ Երկիրը ստանում է ստացված էներգիան գրեթե ամբողջությամբ սև մարմնի պես երկարալիք, ինֆրակարմիր տիրույթում, միջին ալիքի երկարությամբ մոտ 10 մկմ: Այս միջակայքում շատ գազեր (CO 2, CH 4, H 2 O և այլն) ունեն բազմաթիվ կլանման գոտիներ, այդ գազերը կլանում են ճառագայթումը, արդյունքում ջերմություն են թողնում և մեծ մասամբ տաքացնում մթնոլորտը։ Ածխածնի երկօքսիդը ինտենսիվորեն կլանում է Երկրից եկող ճառագայթումը 12-18 մկմ միջակայքում և հանդիսանում է ջերմոցային էֆեկտը ապահովող հիմնական գործոններից մեկը (Perevedentsev Yu.P., 2009):

Ժամանակակից կլիմայի տաքացում. Այն, որ ժամանակակից կլիման փոխվում է, գիտակցում են բոլորը, քանի որ և՛ գործիքային չափումները, և՛ բնական ցուցանիշները ցույց են տալիս մեկ բան՝ վերջին տասնամյակների ընթացքում մոլորակի կլիմայի զգալի տաքացում է եղել: Վերջին հարյուրամյակի ընթացքում (1906–2005 թթ.) ցամաքային օդերևութաբանական ցանցը Երկրի մակերեսին միջին գլոբալ ջերմաստիճանի զգալի աճ է գրանցել 0,74 °C-ով։ Տաքացման պատճառները քննարկելիս տարաձայնություններ են առաջանում։ Չորրորդ գնահատման զեկույցում IPCC փորձագետները (2007) եզրակացություններ են անում դիտարկվող տաքացման պատճառների վերաբերյալ. հավանականությունը, որ կլիմայի փոփոխությունը վերջին 50 տարիների ընթացքում տեղի է ունեցել առանց արտաքին (մարդածին) ազդեցության, գնահատվում է որպես չափազանց ցածր (<5%). С высокой степенью вероятности (>90%-ը նշում է, որ վերջին 50 տարիների ընթացքում նկատված փոփոխությունները պայմանավորված են ոչ միայն բնական, այլ նաև արտաքին ազդեցություններով։ Ավելի քան 90% վստահությամբ՝ զեկույցում ասվում է, որ մարդածին ջերմոցային գազերի կոնցենտրացիայի աճը պատասխանատու է 20-րդ դարի կեսերից սկսած գլոբալ տաքացման մեծ մասի համար:

Տաքացման պատճառների վերաբերյալ այլ տեսակետներ կան՝ ներքին գործոն, բնական փոփոխականություն, որն առաջացնում է ջերմաստիճանի տատանումներ՝ թե՛ տաքացման, թե՛ սառեցման ուղղությամբ։ Այսպիսով, աշխատության մեջ (Datsenko N.M., Monin A.S., Sonechkin D.M., 2004), այս հայեցակարգի կողմնակիցները նշում են, որ 20-րդ դարի գլոբալ ջերմաստիճանի ամենաինտենսիվ աճի ժամանակաշրջանը (90-ականներ) ընկնում է 60-ականների աճող ճյուղին: ամառային տատանումները, որոնք բացահայտվել են նրանց կողմից մթնոլորտի ջերմային և շրջանառության վիճակը բնութագրող ինդեքսներում։ Միևնույն ժամանակ, ենթադրվում է, որ ժամանակակից կլիմայական տատանումները հետևանք են կլիմայական համակարգի ոչ գծային ռեակցիաների քվազի պարբերական արտաքին ազդեցություններին (լուսնային-արևային մակընթացությունների և արևային ակտիվության ցիկլեր, Արեգակնային համակարգի ամենամեծ մոլորակների հեղափոխության ցիկլեր): ընդհանուր կենտրոնի շուրջ և այլն) (Perevedentsev Yu.P., 2009):

Առաջին անգամ արդյունաբերական CO 2 արտանետումների աճը մթնոլորտ հաստատվել է Ն.Ս.Օ.Տ.Տ. Suess XX դարի 50-ականների սկզբին: Հիմնվելով ծառերի օղակներում ածխածնի հարաբերակցության փոփոխության վրա՝ Սուսը եզրակացրեց, որ 19-րդ դարի երկրորդ կեսից ի վեր մթնոլորտային ածխաթթու գազը համալրվել է հանածո վառելիքի այրման արդյունքում CO 2 արտանետումներով: Նա պարզել է, որ տիեզերական մասնիկների ազդեցությամբ մթնոլորտում անընդհատ ձևավորված ռադիոակտիվ C 14-ի և կայուն C 12-ի հարաբերակցությունը վերջին հարյուր տարվա ընթացքում նվազում է մթնոլորտային CO 2-ի «նոսրացման» արդյունքում: CO 2 հանածո վառելիքից, որոնք գործնականում չեն պարունակում C (կես կյանքը C 14 հավասար է 5730 տարվա): Այսպիսով, արդյունաբերական CO 2 արտանետումների աճը մթնոլորտ է հայտնաբերվել ծառերի օղակներում չափումների հիման վրա: Միայն 1958 թվականին սկսվեց մթնոլորտում CO 2-ի կոնցենտրացիաների գրանցումը Խաղաղ օվկիանոսի Մաունա Լոա կայարանում:

Բրինձ. 4.7. Ածխածնի երկօքսիդի կոնցենտրացիայի ժամանակային ընթացքը ( Ա), մեթան ( բ) և ազոտի օքսիդ ( Վ) մթնոլորտում և դրանց փոփոխությունները վերջին 10000 տարվա ընթացքում (մեծ վահանակ) և 1750 թվականից (դրա մեջ ավելի փոքր վահանակ է մտցվել)։ Սառցե հանքավայրերում (տարբեր գույների և կոնֆիգուրացիաների խորհրդանիշներ) չափումների արդյունքները տարբեր հետազոտողների և մթնոլորտում չափումների (կարմիր կոր): Ճառագայթային ազդեցությունների չափված կոնցենտրացիաներին համապատասխանող գնահատումների սանդղակը ցուցադրված է աջ կողմում գտնվող մեծ վահանակների վրա (Կլիմայի փոփոխության և դրա հետևանքների գնահատման զեկույցը Ռուսաստանի Դաշնության տարածքում (AR), 2008 թ.)

Երկրի մթնոլորտը

Մթնոլորտ(ից. Հին հունἀτμός - գոլորշու և σφαῖρα - գնդակ) - գազպատյան ( գեոսֆերա), շրջապատում է մոլորակը Երկիր. Նրա ներքին մակերեսը ծածկում է հիդրոսֆերաև մասամբ հաչալ, արտաքինը սահմանակից է տիեզերքի մերձերկրային հատվածին։

Սովորաբար կոչվում է ֆիզիկայի և քիմիայի այն ճյուղերի ամբողջությունը, որոնք ուսումնասիրում են մթնոլորտը մթնոլորտի ֆիզիկա. Մթնոլորտը որոշում է եղանակԵրկրի մակերեսին, եղանակի ուսումնասիրություն օդերեւութաբանություն, և երկարաժամկետ տատանումներ կլիմա - կլիմայաբանություն.

Մթնոլորտի կառուցվածքը

Մթնոլորտի կառուցվածքը

Տրոպոսֆերա

Նրա վերին սահմանը գտնվում է բևեռային 8-10 կմ, բարեխառն գոտում 10-12 կմ և արևադարձային լայնություններում՝ 16-18 կմ բարձրության վրա; ավելի ցածր ձմռանը, քան ամռանը: Մթնոլորտի ստորին, հիմնական շերտը։ Պարունակում է մթնոլորտային օդի ընդհանուր զանգվածի ավելի քան 80%-ը և մթնոլորտում առկա բոլոր ջրային գոլորշիների մոտ 90%-ը: Տրոպոսֆերայում բարձր զարգացած են տուրբուլենտությունԵվ կոնվեկցիա, առաջանալ ամպեր, զարգանում են ցիկլոններԵվ անտիցիկլոններ. Ջերմաստիճանը նվազում է միջին ուղղահայաց բարձրության բարձրացման հետ գրադիենտ 0,65°/100 մ

Որպես «նորմալ պայմաններ» ընդունված են Երկրի մակերևույթի վրա՝ խտությունը 1,2 կգ/մ3, բարոմետրիկ ճնշում 101,35 կՊա, ջերմաստիճանը գումարած 20 °C և հարաբերական խոնավությունը 50%։ Այս պայմանական ցուցանիշները զուտ ինժեներական նշանակություն ունեն։

Ստրատոսֆերա

Մթնոլորտի շերտ, որը գտնվում է 11-ից 50 կմ բարձրության վրա։ Բնութագրվում է ջերմաստիճանի աննշան փոփոխությամբ 11-25 կմ շերտում (ստրատոսֆերայի ստորին շերտում) և 25-40 կմ շերտի բարձրացմամբ −56,5-ից մինչև 0,8 °։ ՀԵՏ(ստրատոսֆերայի կամ շրջանի վերին շերտ ինվերսիաներ) Մոտ 40 կմ բարձրության վրա հասնելով մոտ 273 Կ (գրեթե 0 ° C) արժեքի, ջերմաստիճանը մնում է անփոփոխ մինչև մոտ 55 կմ բարձրության վրա: Մշտական ​​ջերմաստիճանի այս շրջանը կոչվում է ստրատոպաուզաև հանդիսանում է ստրատոսֆերայի և մեզոսֆերա.

Ստրատոպաուզա

Մթնոլորտի սահմանային շերտը ստրատոսֆերայի և մեզոսֆերայի միջև։ Ուղղահայաց ջերմաստիճանի բաշխման մեջ կա առավելագույնը (մոտ 0 °C):

Մեզոսֆերա

Երկրի մթնոլորտը

Մեզոսֆերասկսվում է 50 կմ բարձրությունից և տարածվում մինչև 80-90 կմ։ Ջերմաստիճանը նվազում է բարձրության հետ (0,25-0,3)°/100 մ միջին ուղղահայաց գրադիենտով: Հիմնական էներգիայի գործընթացը ճառագայթային ջերմափոխանակումն է: Բարդ ֆոտոքիմիական գործընթացներ, որոնք ներառում են ազատ ռադիկալներ, թրթռումով գրգռված մոլեկուլները և այլն, առաջացնում են մթնոլորտի փայլը։

Մեսոպաուզա

Մեզոսֆերայի և թերմոսֆերայի միջև անցումային շերտ: Ուղղահայաց ջերմաստիճանի բաշխման մեջ կա նվազագույն (մոտ -90 °C):

Կարման գիծ

Բարձրությունը ծովի մակարդակից, որը պայմանականորեն ընդունված է որպես Երկրի մթնոլորտի և տիեզերքի սահման։

Ջերմոսֆերա

Հիմնական հոդված: Ջերմոսֆերա

Վերին սահմանը մոտ 800 կմ է։ Ջերմաստիճանը բարձրանում է մինչև 200-300 կմ բարձրություններ, որտեղ հասնում է 1500 Կ կարգի արժեքների, որից հետո գրեթե անփոփոխ է մնում բարձր բարձրությունների վրա։ Ուլտրամանուշակագույն և ռենտգենյան արևային ճառագայթման և տիեզերական ճառագայթման ազդեցության տակ տեղի է ունենում օդի իոնացում (« բեւեռափայլեր«) - հիմնական տարածքներ իոնոսֆերապառկել թերմոսֆերայի ներսում: 300 կմ-ից բարձր բարձրությունների վրա գերակշռում է ատոմային թթվածինը։

Մթնոլորտային շերտերը մինչև 120 կմ բարձրության վրա

Էկզոսֆերա (ցրման գունդ)

Էկզոսֆերա- ցրվածության գոտի, թերմոսֆերայի արտաքին մասը, որը գտնվում է 700 կմ-ից բարձր: Էկզոսֆերայում գազը շատ հազվադեպ է, և այստեղից նրա մասնիկները արտահոսում են միջմոլորակային տարածություն ( ցրում).

Մինչև 100 կմ բարձրության վրա մթնոլորտը գազերի միատարր, լավ խառնված խառնուրդ է։ Բարձր շերտերում գազերի բաշխումն ըստ բարձրության կախված է նրանց մոլեկուլային կշռից, ավելի ծանր գազերի կոնցենտրացիան ավելի արագ է նվազում Երկրի մակերևույթից հեռավորության հետ։ Գազի խտության նվազման պատճառով ջերմաստիճանը ստրատոսֆերայում 0 °C-ից իջնում ​​է մինչև −110 °C՝ մեզոսֆերայում։ Այնուամենայնիվ, 200-250 կմ բարձրությունների վրա առանձին մասնիկների կինետիկ էներգիան համապատասխանում է ~1500 °C ջերմաստիճանի։ 200 կմ-ից բարձր ջերմաստիճանի և գազի խտության զգալի տատանումներ են նկատվում ժամանակի ու տարածության մեջ։

Մոտ 2000-3000 կմ բարձրության վրա էկզոսֆերան աստիճանաբար վերածվում է այսպես կոչված. տիեզերական վակուումի մոտ, որը լցված է միջմոլորակային գազի խիստ հազվագյուտ մասնիկներով, հիմնականում ջրածնի ատոմներով։ Բայց այս գազը ներկայացնում է միջմոլորակային նյութի միայն մի մասը: Մյուս մասը բաղկացած է գիսաստղային և մետեորիկ ծագման փոշու մասնիկներից։ Բացի չափազանց հազվադեպ փոշու մասնիկներից, այս տարածություն է ներթափանցում արևային և գալակտիկական ծագման էլեկտրամագնիսական և կորպուսկուլյար ճառագայթումը:

Տրոպոսֆերային բաժին է ընկնում մթնոլորտի զանգվածի մոտ 80%-ը, ստրատոսֆերային՝ մոտ 20%-ը; Մեզոսֆերայի զանգվածը 0,3%-ից ոչ ավելի է, թերմոսֆերան՝ մթնոլորտի ընդհանուր զանգվածի 0,05%-ից պակաս։ Մթնոլորտի էլեկտրական հատկությունների հիման վրա առանձնանում են նեյտրոնոսֆերան և իոնոսֆերան։ Ներկայումս ենթադրվում է, որ մթնոլորտը տարածվում է 2000-3000 կմ բարձրության վրա:

Կախված մթնոլորտում առկա գազի բաղադրությունից՝ արտանետում են հոմոսֆերաԵվ հետերոսֆերա. Հետերոսֆերա - Սա այն տարածքն է, որտեղ գրավիտացիան ազդում է գազերի տարանջատման վրա, քանի որ նման բարձրության վրա դրանց խառնումն աննշան է։ Սա ենթադրում է հետերոսֆերայի փոփոխական կազմ։ Նրա տակ ընկած է մթնոլորտի լավ խառնված, միատարր հատվածը, որը կոչվում է հոմոսֆերա. Այս շերտերի միջև սահմանը կոչվում է տուրբո դադար, գտնվում է մոտ 120 կմ բարձրության վրա։

Ֆիզիկական հատկություններ

Մթնոլորտի հաստությունը Երկրի մակերևույթից մոտավորապես 2000 - 3000 կմ է։ Ընդհանուր զանգված օդ- (5,1-5,3)×10 18 կգ. Մոլային զանգվածմաքուր չոր օդը 28.966. Ճնշում 0 °C ծովի մակարդակում 101.325 կՊա; կրիտիկական ջերմաստիճան-140,7 °C; կրիտիկական ճնշում 3,7 ՄՊա; Գ էջ 1,0048×10 3 Ջ/(կգ Կ) (0 °C-ում), Գ v 0,7159×10 3 Ջ/(կգ Կ) (0 °C-ում): Ջրում օդի լուծելիությունը 0 °C-ում կազմում է 0,036%, 25 °C-ում՝ 0,22%։

Մթնոլորտի ֆիզիոլոգիական և այլ հատկություններ

Արդեն ծովի մակարդակից 5 կմ բարձրության վրա զարգանում է չմարզված մարդ թթվածնային սովև առանց ադապտացիայի՝ մարդու կատարողականությունը զգալիորեն նվազում է։ Այստեղ ավարտվում է մթնոլորտի ֆիզիոլոգիական գոտին։ Մարդու շնչառությունը անհնար է դառնում 15 կմ բարձրության վրա, չնայած մոտավորապես 115 կմ-ի վրա մթնոլորտը պարունակում է թթվածին:

Մթնոլորտը մեզ մատակարարում է շնչառության համար անհրաժեշտ թթվածին։ Այնուամենայնիվ, մթնոլորտի ընդհանուր ճնշման անկման պատճառով, երբ դուք բարձրանում եք բարձրություն, թթվածնի մասնակի ճնշումը համապատասխանաբար նվազում է:

Մարդու թոքերը մշտապես պարունակում են մոտ 3 լիտր ալվեոլային օդ։ Մասնակի ճնշումՆորմալ մթնոլորտային ճնշման դեպքում ալվեոլային օդում թթվածինը 110 մմ Hg է: Արվեստ., ածխածնի երկօքսիդի ճնշումը - 40 մմ Hg: Արվեստ., իսկ ջրի գոլորշինը՝ 47 մմ Hg: Արվեստ. Բարձրության բարձրացման հետ մեկտեղ թթվածնի ճնշումը նվազում է, իսկ ջրի և ածխաթթու գազի ընդհանուր գոլորշու ճնշումը թոքերում մնում է գրեթե անփոփոխ՝ մոտ 87 մմ Hg: Արվեստ. Թոքերին թթվածնի մատակարարումն ամբողջությամբ կդադարի, երբ շրջակա օդի ճնշումը հավասարվի այս արժեքին:

Մոտ 19-20 կմ բարձրության վրա մթնոլորտային ճնշումը իջնում ​​է մինչև 47 մմ Hg։ Արվեստ. Ուստի այս բարձրության վրա մարդու օրգանիզմում ջուրն ու միջանկյալ հեղուկը սկսում են եռալ։ Այս բարձրությունների վրա ճնշված խցիկից դուրս մահը տեղի է ունենում գրեթե ակնթարթորեն: Այսպիսով, մարդու ֆիզիոլոգիայի տեսանկյունից «տիեզերքը» սկսվում է արդեն 15-19 կմ բարձրության վրա։

Օդի խիտ շերտերը՝ տրոպոսֆերան և ստրատոսֆերան, պաշտպանում են մեզ ճառագայթման վնասակար ազդեցությունից։ Օդի բավարար նոսրացման դեպքում, ավելի քան 36 կմ բարձրության վրա, իոնացնող նյութերը ինտենսիվ ազդեցություն են ունենում մարմնի վրա: ճառագայթում- առաջնային տիեզերական ճառագայթներ; 40 կմ-ից ավելի բարձրության վրա արեգակնային սպեկտրի ուլտրամանուշակագույն հատվածը վտանգավոր է մարդկանց համար։

Երբ մենք բարձրանում ենք Երկրի մակերևույթից ավելի մեծ բարձրության վրա, մթնոլորտի ստորին շերտերում դիտվում են այնպիսի ծանոթ երևույթներ, ինչպիսիք են ձայնի տարածումը, աերոդինամիկայի առաջացումը: վերելակև դիմադրություն, ջերմության փոխանցում կոնվեկցիաև այլն։

Օդի հազվագյուտ շերտերում, բաշխում ձայնպարզվում է, որ անհնար է. Մինչև 60-90 կմ բարձրությունները դեռևս հնարավոր է օգտագործել օդի դիմադրություն և վերելք կառավարվող աերոդինամիկ թռիչքի համար: Բայց սկսած 100-130 կմ բարձրություններից՝ յուրաքանչյուր օդաչուի ծանոթ հասկացություններ թվեր ՄԵվ ձայնային պատնեշկորցնում են իրենց իմաստը, կա պայմանական Կարման գիծորից այն կողմ սկսվում է զուտ բալիստիկ թռիչքի ոլորտը, որը հնարավոր է կառավարել միայն ռեակտիվ ուժերի կիրառմամբ։

100 կմ-ից բարձր բարձրությունների վրա մթնոլորտը զրկված է մեկ այլ ուշագրավ հատկությունից՝ ջերմային էներգիան կոնվենցիայով կլանելու, վարելու և փոխանցելու կարողությունից (այսինքն՝ օդը խառնելով): Սա նշանակում է, որ ուղեծրային տիեզերակայանի սարքավորումների տարբեր տարրերը չեն կարողանա սառչել դրսից այնպես, ինչպես դա սովորաբար անում են ինքնաթիռում՝ օդային շիթերի և օդային ռադիատորների օգնությամբ: Նման բարձրության վրա, ինչպես ընդհանուր առմամբ տիեզերքում, ջերմությունը փոխանցելու միակ միջոցը ջերմային ճառագայթում.

Մթնոլորտային կազմը

Չոր օդի կազմը

Երկրի մթնոլորտը հիմնականում բաղկացած է գազերից և տարբեր կեղտերից (փոշի, ջրի կաթիլներ, սառցե բյուրեղներ, ծովային աղեր, այրման արտադրանք)։

Մթնոլորտը կազմող գազերի կոնցենտրացիան գրեթե հաստատուն է, բացառությամբ ջրի (H 2 O) և ածխաթթու գազի (CO 2):

Չոր օդի կազմը
Ազոտ
Թթվածին
Արգոն
Ջուր
Ածխաթթու գազ
Նեոն
Հելիում
Մեթան
Կրիպտոն
Ջրածին
Քսենոն
Ազոտային օքսիդ

Աղյուսակում նշված գազերից բացի, մթնոլորտը պարունակում է SO 2, NH 3, CO, օզոն, ածխաջրածիններ, HCl, ՀՖ, զույգեր Հգ, I 2 , եւ նաեւ ՈՉև շատ այլ գազեր՝ փոքր քանակությամբ։ Տրոպոսֆերան մշտապես պարունակում է մեծ քանակությամբ կասեցված պինդ և հեղուկ մասնիկներ ( աերոզոլ).

Մթնոլորտային ձևավորման պատմություն

Ամենատարածված տեսության համաձայն՝ Երկրի մթնոլորտը ժամանակի ընթացքում ունեցել է չորս տարբեր կազմ։ Սկզբում այն ​​բաղկացած էր թեթև գազերից ( ջրածինըԵվ հելիում), նկարահանված միջմոլորակային տարածությունից։ Սա այսպես կոչված առաջնային մթնոլորտ(մոտ չորս միլիարդ տարի առաջ): Հաջորդ փուլում ակտիվ հրաբխային ակտիվությունը հանգեցրեց մթնոլորտի հագեցվածությանը, բացի ջրածնից (ածխածնի երկօքսիդ, ամոնիակ, ջրի գոլորշի) Ահա թե ինչպես է այն ձևավորվել երկրորդական մթնոլորտ(մոտ երեք միլիարդ տարի առաջ մեր օրերից): Այս մթնոլորտը վերականգնող էր։ Ավելին, մթնոլորտի ձևավորման գործընթացը որոշվել է հետևյալ գործոններով.

թեթև գազերի (ջրածնի և հելիումի) արտահոսք միջմոլորակային տարածություն;

քիմիական ռեակցիաներ, որոնք տեղի են ունենում մթնոլորտում ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման, կայծակնային արտանետումների և որոշ այլ գործոնների ազդեցության տակ:

Աստիճանաբար այս գործոնները հանգեցրին ձեւավորմանը երրորդական մթնոլորտ, բնութագրվում է ջրածնի շատ ավելի ցածր պարունակությամբ և ազոտի ու ածխածնի երկօքսիդի շատ ավելի մեծ պարունակությամբ (առաջացել է ամոնիակի և ածխաջրածինների քիմիական ռեակցիաների արդյունքում)։

Ազոտ

Մեծ քանակությամբ N 2-ի առաջացումը պայմանավորված է մոլեկուլային O 2-ով ամոնիակ-ջրածին մթնոլորտի օքսիդացումով, որը սկսել է մոլորակի մակերեւույթից գալ ֆոտոսինթեզի արդյունքում՝ սկսած 3 միլիարդ տարի առաջ։ N2-ն արտանետվում է նաև մթնոլորտ՝ նիտրատների և ազոտ պարունակող այլ միացությունների ապանիտրացման արդյունքում։ Ազոտը մթնոլորտի վերին շերտում օզոնով օքսիդացվում է NO-ի:

Ազոտ N 2 արձագանքում է միայն կոնկրետ պայմաններում (օրինակ՝ կայծակի արտանետման ժամանակ): Էլեկտրական լիցքաթափումների ժամանակ մոլեկուլային ազոտի օզոնով օքսիդացումն օգտագործվում է ազոտային պարարտանյութերի արդյունաբերական արտադրության մեջ։ Նրանք կարող են օքսիդացնել այն էներգիայի ցածր սպառման դեպքում և վերածել այն կենսաբանորեն ակտիվ ձևի: ցիանոբակտերիա (կապույտ-կանաչ ջրիմուռներ)և հանգույցային բակտերիաներ, որոնք ձևավորում են ռիզոբիալ սիմբիոզՀետ լոբազգիներբույսեր, այսպես կոչված կանաչ գոմաղբ.

Թթվածին

Մթնոլորտի բաղադրությունը սկսեց արմատապես փոխվել Երկրի վրա հայտնվելով կենդանի օրգանիզմներ, որպես արդյունք ֆոտոսինթեզուղեկցվում է թթվածնի արտազատմամբ և ածխաթթու գազի կլանմամբ։ Սկզբում թթվածինը ծախսվում էր կրճատված միացությունների օքսիդացման վրա՝ ամոնիակ, ածխաջրածիններ, ազոտային ձև գեղձպարունակվող օվկիանոսներում և այլն։ Այս փուլի վերջում մթնոլորտում թթվածնի պարունակությունը սկսեց աճել։ Աստիճանաբար ձևավորվեց ժամանակակից մթնոլորտ՝ օքսիդացնող հատկություններով։ Քանի որ սա լուրջ և կտրուկ փոփոխություններ է առաջացրել բազմաթիվ գործընթացներում, որոնք տեղի են ունենում մթնոլորտ, լիթոսֆերաԵվ կենսոլորտ, այս միջոցառումը կոչվում էր Թթվածնի աղետ.

ընթացքում Ֆաներոզոյիկմթնոլորտի կազմը և թթվածնի պարունակությունը ենթարկվել են փոփոխությունների։ Դրանք հիմնականում փոխկապակցված են օրգանական նստվածքի նստվածքի արագության հետ: Այսպիսով, ածուխի կուտակման ժամանակաշրջաններում մթնոլորտում թթվածնի պարունակությունը, ըստ երևույթին, զգալիորեն գերազանցել է ժամանակակից մակարդակը։

Ածխաթթու գազ

Մթնոլորտում CO 2-ի պարունակությունը կախված է հրաբխային ակտիվությունից և երկրագնդի թաղանթներում տեղի ունեցող քիմիական գործընթացներից, բայց ամենից շատ՝ կենսասինթեզի և օրգանական նյութերի տարրալուծման ինտենսիվությունից։ կենսոլորտ Երկիր. Մոլորակի գրեթե ողջ ներկայիս կենսազանգվածը (մոտ 2,4 × 10 12 տոննա ) առաջանում է մթնոլորտային օդում պարունակվող ածխածնի երկօքսիդի, ազոտի և ջրային գոլորշու պատճառով։ Թաղված է օվկիանոս, Վ ճահիճներև մեջ անտառներօրգանական նյութը վերածվում է ածուխ, յուղԵվ բնական գազ. (սմ. Ածխածնի երկրաքիմիական ցիկլը)

Ազնիվ գազեր

Իներտ գազերի աղբյուր - արգոն, հելիումԵվ կրիպտոն- հրաբխային ժայթքումներ և ռադիոակտիվ տարրերի քայքայում: Երկիր մոլորակն ընդհանրապես և մթնոլորտը մասնավորապես սպառված են իներտ գազերից՝ համեմատած տիեզերքի հետ: Ենթադրվում է, որ դրա պատճառը գազերի շարունակական արտահոսքն է միջմոլորակային տարածություն:

Օդի աղտոտվածություն

Վերջերս մթնոլորտի էվոլյուցիայի վրա սկսել են ազդել Մարդ. Նրա գործունեության արդյունքը մթնոլորտում ածխածնի երկօքսիդի պարունակության մշտական ​​զգալի աճն էր՝ նախորդ երկրաբանական դարաշրջաններում կուտակված ածխաջրածնային վառելիքի այրման պատճառով։ Հսկայական քանակությամբ CO 2 սպառվում է ֆոտոսինթեզի ընթացքում և ներծծվում համաշխարհային օվկիանոսի կողմից: Այս գազը մթնոլորտ է ներթափանցում կարբոնատային ապարների և բուսական և կենդանական ծագման օրգանական նյութերի քայքայման, ինչպես նաև հրաբխի և մարդու արդյունաբերական գործունեության հետևանքով։ Վերջին 100 տարիների ընթացքում CO 2-ի պարունակությունը մթնոլորտում աճել է 10%-ով, ընդ որում հիմնական մասը (360 միլիարդ տոննա) ստացվել է վառելիքի այրումից: Եթե ​​վառելիքի այրման աճի տեմպերը շարունակվեն, ապա առաջիկա 50-60 տարիների ընթացքում մթնոլորտում CO 2-ի քանակը կկրկնապատկվի և կարող է հանգեցնել. գլոբալ կլիմայի փոփոխություն.

Վառելիքի այրումը աղտոտող գազերի հիմնական աղբյուրն է ( CO, ՈՉ, ԱՅՍՊԵՍ 2 ) Ծծմբի երկօքսիդը օքսիդացվում է մթնոլորտի թթվածնի միջոցով ԱՅՍՊԵՍ 3 մթնոլորտի վերին շերտերում, որն իր հերթին փոխազդում է ջրի և ամոնիակի գոլորշու հետ, և առաջանում է. ծծմբաթթու (H 2 ԱՅՍՊԵՍ 4 ) Եվ ամոնիումի սուլֆատ ((NH 4 ) 2 ԱՅՍՊԵՍ 4 ) վերադառնալ Երկրի մակերես այսպես կոչվածի տեսքով. թթվային անձրեւ. Օգտագործումը ներքին այրման շարժիչներհանգեցնում է մթնոլորտի զգալի աղտոտման ազոտի օքսիդներով, ածխաջրածիններով և կապարի միացություններով ( տետրաէթիլ կապար Pb (CH 3 Չ 2 ) 4 ) ).

Մթնոլորտի աերոզոլային աղտոտումը պայմանավորված է ինչպես բնական պատճառներով (հրաբխային ժայթքումներ, փոշու փոթորիկներ, ծովի ջրի և բույսերի ծաղկափոշու կաթիլների ներթափանցում և այլն), այնպես էլ մարդու տնտեսական գործունեության (հանքաքարերի և շինանյութերի արդյունահանում, վառելիքի այրում, ցեմենտի պատրաստում և այլն): ) Մթնոլորտում մասնիկների ինտենսիվ լայնածավալ արտազատումը մոլորակի կլիմայի փոփոխության հնարավոր պատճառներից մեկն է:

Մեր Երկիր մոլորակը շրջապատող գազային ծրարը, որը հայտնի է որպես մթնոլորտ, բաղկացած է հինգ հիմնական շերտերից։ Այս շերտերն առաջանում են մոլորակի մակերևույթից՝ ծովի մակարդակից (երբեմն ներքևից) և բարձրանում դեպի արտաքին տարածություն հետևյալ հաջորդականությամբ.

• Տրոպոսֆերա;
• Ստրատոսֆերա;
• Մեզոսֆերա;
• Ջերմոսֆերա;
• Էկզոսֆերա.

Երկրի մթնոլորտի հիմնական շերտերի դիագրամ

Այս հինգ հիմնական շերտերից յուրաքանչյուրի միջև կան անցումային գոտիներ, որոնք կոչվում են «դադար», որտեղ տեղի են ունենում օդի ջերմաստիճանի, կազմի և խտության փոփոխություններ: Դադարների հետ միասին Երկրի մթնոլորտը ներառում է ընդհանուր առմամբ 9 շերտ։

Տրոպոսֆերա. որտեղ եղանակ է առաջանում

Մթնոլորտի բոլոր շերտերից տրոպոսֆերան այն է, որին մենք առավել ծանոթ ենք (հասկանում եք դա, թե ոչ), քանի որ մենք ապրում ենք դրա հատակում՝ մոլորակի մակերեսին: Այն պարուրում է Երկրի մակերևույթը և մի քանի կիլոմետր երկարում դեպի վեր։ Տրոպոսֆերա բառը նշանակում է «երկրագնդի փոփոխություն»: Շատ տեղին անուն է, քանի որ այս շերտը մեր ամենօրյա եղանակն է:

Սկսելով մոլորակի մակերևույթից՝ տրոպոսֆերան բարձրանում է 6-ից 20 կմ բարձրության վրա։ Մեզ ամենամոտ գտնվող շերտի ստորին երրորդը պարունակում է մթնոլորտային բոլոր գազերի 50%-ը։ Սա ողջ մթնոլորտի միակ մասն է, որը շնչում է: Շնորհիվ այն բանի, որ օդը ներքևից տաքանում է երկրի մակերեսով, որը կլանում է Արեգակի ջերմային էներգիան, տրոպոսֆերայի ջերմաստիճանը և ճնշումը նվազում է բարձրության բարձրացման հետ։

Վերևում կա մի բարակ շերտ, որը կոչվում է տրոպոպաուզ, որը պարզապես բուֆեր է տրոպոսֆերայի և ստրատոսֆերայի միջև:

Ստրատոսֆերա. օզոնի տուն

Ստրատոսֆերան մթնոլորտի հաջորդ շերտն է։ Այն տարածվում է Երկրի մակերեւույթից 6-20 կմ-ից մինչեւ 50 կմ բարձրության վրա։ Սա այն շերտն է, որով թռչում են առևտրային ինքնաթիռների մեծ մասը, իսկ օդապարիկները:

Այստեղ օդը չի հոսում վեր ու վար, այլ շատ արագ օդային հոսանքներով շարժվում է մակերեսին զուգահեռ։ Բարձրանալիս ջերմաստիճանը բարձրանում է՝ շնորհիվ բնական օզոնի (O3) առատության՝ արեգակնային ճառագայթման և թթվածնի կողմնակի արտադրանք, որն ունի արևի վնասակար ուլտրամանուշակագույն ճառագայթները կլանելու հատկություն (օդերեւութաբանության մեջ հայտնի է ջերմաստիճանի ցանկացած բարձրացում բարձրության հետ): որպես «ինվերսիա»):

Քանի որ ստրատոսֆերան ներքևում ունի ավելի տաք ջերմաստիճան, իսկ վերևում՝ ավելի ցածր, կոնվեկցիան (օդային զանգվածների ուղղահայաց շարժումը) հազվադեպ է մթնոլորտի այս հատվածում։ Իրականում, դուք կարող եք դիտել տրոպոսֆերայում մոլեգնող փոթորիկը ստրատոսֆերայից, քանի որ շերտը գործում է որպես կոնվեկցիոն գլխարկ, որը կանխում է փոթորկի ամպերի ներթափանցումը:

Ստրատոսֆերայից հետո կրկին կա բուֆերային շերտ, որն այս անգամ կոչվում է ստրատոպաուզա:

Մեզոսֆերա՝ միջին մթնոլորտ

Մեզոսֆերան գտնվում է Երկրի մակերեւույթից մոտավորապես 50-80 կմ հեռավորության վրա։ Վերին մեզոսֆերան Երկրի ամենացուրտ բնական վայրն է, որտեղ ջերմաստիճանը կարող է իջնել -143°C-ից ցածր:

Թերմոսֆերա՝ վերին մթնոլորտ

Մեզոսֆերայից և մեզոպաուզայից հետո գալիս է թերմոսֆերան, որը գտնվում է մոլորակի մակերևույթից 80-700 կմ բարձրության վրա և պարունակում է մթնոլորտային ծրարի ընդհանուր օդի 0,01%-ից պակաս: Ջերմաստիճանն այստեղ հասնում է մինչև +2000°C-ի, սակայն օդի ծայրահեղ բարակության և ջերմություն փոխանցող գազի մոլեկուլների բացակայության պատճառով այս բարձր ջերմաստիճանը ընկալվում է որպես շատ ցուրտ։

Էկզոսֆերա՝ մթնոլորտի և տարածության սահմանը

Երկրի մակերևույթից մոտ 700-10000 կմ բարձրության վրա գտնվում է էկզոսֆերան՝ մթնոլորտի արտաքին եզրը՝ սահմանակից տարածությանը: Այստեղ եղանակային արբանյակները պտտվում են Երկրի շուրջ:

Ինչ վերաբերում է իոնոսֆերային:

Իոնոսֆերան առանձին շերտ չէ, բայց իրականում տերմինն օգտագործվում է 60-ից 1000 կմ բարձրության վրա գտնվող մթնոլորտը վերաբերելու համար: Այն ներառում է մեզոսֆերայի ամենավերին մասերը, ամբողջ թերմոսֆերան և էկզոլորտի մի մասը։ Իոնոսֆերան ստացել է իր անվանումը, քանի որ մթնոլորտի այս հատվածում Արեգակի ճառագայթումը իոնացվում է, երբ այն անցնում է Երկրի մագնիսական դաշտերի միջով և. Այս երեւույթը գետնից դիտվում է որպես հյուսիսափայլ։