Komposisi atmosfer bumi dalam persentase. Suasana bumi

Atmosfer merupakan campuran berbagai gas. Ia memanjang dari permukaan bumi hingga ketinggian 900 km, melindungi planet ini dari spektrum radiasi matahari yang berbahaya, dan mengandung gas yang diperlukan untuk semua kehidupan di planet ini. Atmosfer memerangkap panas matahari, menghangatkan permukaan bumi dan menciptakan iklim yang mendukung.

Komposisi atmosfer

Atmosfer bumi sebagian besar terdiri dari dua gas - nitrogen (78%) dan oksigen (21%). Selain itu, mengandung pengotor karbon dioksida dan gas lainnya. di atmosfer ia ada dalam bentuk uap, tetesan air di awan, dan kristal es.

Lapisan atmosfer

Atmosfer terdiri dari banyak lapisan, di antaranya tidak ada batas yang jelas. Suhu lapisan yang berbeda sangat berbeda satu sama lain.

• Magnetosfer tanpa udara. Di sinilah sebagian besar satelit bumi terbang di luar atmosfer bumi.
• Eksosfer (450-500 km dari permukaan). Hampir tidak ada gas. Beberapa satelit cuaca terbang di eksosfer. Termosfer (80-450 km) dicirikan oleh suhu yang tinggi, mencapai 1700°C di lapisan atas.
• Mesosfer (50-80 km). Di daerah ini, suhu turun seiring bertambahnya ketinggian. Di sinilah sebagian besar meteorit (pecahan batuan luar angkasa) yang masuk ke atmosfer terbakar.
• Stratosfer (15-50 km). Mengandung lapisan ozon, yaitu lapisan ozon yang menyerap radiasi sinar ultraviolet dari Matahari. Hal ini menyebabkan suhu di dekat permukaan bumi meningkat. Pesawat jet biasanya terbang ke sini karena Jarak pandang pada lapisan ini sangat baik dan hampir tidak ada gangguan akibat kondisi cuaca.
• Troposfer. Ketinggiannya bervariasi antara 8 hingga 15 km dari permukaan bumi. Di sinilah cuaca planet ini terbentuk, sejak di Lapisan ini paling banyak mengandung uap air, debu dan angin. Suhu menurun seiring bertambahnya jarak dari permukaan bumi.

Tekanan atmosfer

Meski tidak kita rasakan, namun lapisan atmosfer memberikan tekanan pada permukaan bumi. Letaknya paling tinggi di dekat permukaan, dan saat Anda menjauh darinya, secara bertahap berkurang. Hal ini bergantung pada perbedaan suhu antara daratan dan lautan, sehingga pada daerah yang terletak pada ketinggian yang sama di atas permukaan laut seringkali terdapat perbedaan tekanan. Tekanan rendah membawa cuaca basah, sedangkan tekanan tinggi biasanya membawa cuaca cerah.

Pergerakan massa udara di atmosfer

Dan tekanan tersebut memaksa lapisan bawah atmosfer bercampur. Beginilah timbulnya angin, bertiup dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah. Di banyak daerah, angin lokal juga muncul akibat perbedaan suhu antara daratan dan lautan. Pegunungan juga mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap arah angin.

Efek rumah kaca

Karbon dioksida dan gas lain yang membentuk atmosfer bumi memerangkap panas matahari. Proses ini biasa disebut efek rumah kaca, karena dalam banyak hal mirip dengan sirkulasi panas di rumah kaca. Efek rumah kaca menyebabkan terjadinya pemanasan global di bumi. Di daerah bertekanan tinggi - antisiklon - cuaca cerah cerah terjadi. Daerah bertekanan rendah - siklon - biasanya mengalami cuaca yang tidak stabil. Panas dan cahaya memasuki atmosfer. Gas memerangkap panas yang dipantulkan dari permukaan bumi sehingga menyebabkan peningkatan suhu di bumi.

Ada lapisan ozon khusus di stratosfer. Ozon menghalangi sebagian besar radiasi ultraviolet matahari, melindungi bumi dan seluruh kehidupan di dalamnya dari radiasi tersebut. Para ilmuwan telah menemukan bahwa penyebab rusaknya lapisan ozon adalah gas klorofluorokarbon dioksida khusus yang terkandung dalam beberapa aerosol dan peralatan pendingin. Di Kutub Utara dan Antartika, lubang besar telah ditemukan di lapisan ozon, berkontribusi terhadap peningkatan jumlah radiasi ultraviolet yang mempengaruhi permukaan bumi.

Ozon terbentuk di atmosfer bagian bawah sebagai akibat dari radiasi matahari dan berbagai asap dan gas buang. Biasanya tersebar di seluruh atmosfer, tetapi jika lapisan tertutup udara dingin terbentuk di bawah lapisan udara hangat, ozon akan terkonsentrasi dan terjadi kabut asap. Sayangnya, hal ini tidak dapat menggantikan ozon yang hilang melalui lubang ozon.

Lubang pada lapisan ozon di atas Antartika terlihat jelas dalam foto satelit ini. Ukuran lubang bervariasi, namun para ilmuwan percaya bahwa lubang tersebut terus bertambah. Upaya sedang dilakukan untuk mengurangi tingkat gas buang di atmosfer. Polusi udara harus dikurangi dan bahan bakar tanpa asap harus digunakan di perkotaan. Kabut asap menyebabkan iritasi mata dan mati lemas bagi banyak orang.

Kemunculan dan evolusi atmosfer bumi

Atmosfer bumi modern adalah hasil perkembangan evolusioner yang panjang. Itu muncul sebagai akibat dari aksi gabungan faktor geologi dan aktivitas vital organisme. Sepanjang sejarah geologi, atmosfer bumi telah mengalami beberapa kali perubahan besar. Berdasarkan data geologi dan premis teoretis, atmosfer purba Bumi muda, yang ada sekitar 4 miliar tahun yang lalu, dapat terdiri dari campuran gas inert dan gas mulia dengan sedikit tambahan nitrogen pasif (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993). Saat ini, pandangan mengenai komposisi dan struktur atmosfer awal telah agak berubah. Atmosfer primer (proto-atmosfer) berada pada tahap protoplanet paling awal, yaitu lebih tua dari 4,2 miliar tahun, dapat terdiri dari campuran metana, amonia dan karbon dioksida Akibat degassing mantel dan proses pelapukan aktif yang terjadi di permukaan bumi, uap air, senyawa karbon berupa CO 2 dan CO, belerang dan turunannya senyawa mulai memasuki atmosfer , serta asam halogen kuat - HCI, HF, HI dan asam borat, yang ditambah dengan metana, amonia, hidrogen, argon dan beberapa gas mulia lainnya di atmosfer.Atmosfer primer ini sangat tipis. Oleh karena itu, suhu di permukaan bumi mendekati suhu kesetimbangan radiasi (A.S. Monin, 1977).

Seiring berjalannya waktu, komposisi gas di atmosfer primer mulai berubah di bawah pengaruh proses pelapukan batuan yang menonjol di permukaan bumi, aktivitas cyanobacteria dan ganggang biru-hijau, proses vulkanik, dan pengaruh sinar matahari. Hal ini menyebabkan penguraian metana menjadi karbon dioksida, amonia menjadi nitrogen dan hidrogen; Karbon dioksida yang perlahan tenggelam ke permukaan bumi, dan nitrogen mulai terakumulasi di atmosfer sekunder. Berkat aktivitas vital ganggang biru-hijau, oksigen mulai diproduksi dalam proses fotosintesis, yang pada awalnya sebagian besar dihabiskan untuk “oksidasi gas atmosfer, dan kemudian batuan. Pada saat yang sama, amonia, yang teroksidasi menjadi molekul nitrogen, mulai terakumulasi secara intensif di atmosfer. Diasumsikan bahwa sejumlah besar nitrogen di atmosfer modern adalah peninggalan. Metana dan karbon monoksida dioksidasi menjadi karbon dioksida. Belerang dan hidrogen sulfida dioksidasi menjadi SO 2 dan SO 3, yang karena mobilitasnya yang tinggi dan ringannya, dengan cepat dihilangkan dari atmosfer. Dengan demikian, atmosfer dari atmosfer pereduksi, seperti pada zaman Archean dan Proterozoikum Awal, berangsur-angsur berubah menjadi atmosfer pengoksidasi.

Karbon dioksida masuk ke atmosfer baik sebagai akibat oksidasi metana maupun sebagai akibat degassing pada mantel dan pelapukan batuan. Jika semua karbon dioksida yang dilepaskan sepanjang sejarah Bumi tetap berada di atmosfer, tekanan parsialnya saat ini bisa menjadi sama seperti di Venus (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Namun di Bumi, proses sebaliknya terjadi. Sebagian besar karbon dioksida dari atmosfer dilarutkan dalam hidrosfer, yang digunakan oleh hidrobion untuk membangun cangkangnya dan secara biogenik diubah menjadi karbonat. Selanjutnya, lapisan tebal karbonat kemogenik dan organogenik terbentuk darinya.

Oksigen masuk ke atmosfer dari tiga sumber. Untuk waktu yang lama, mulai dari saat Bumi muncul, oksigen dilepaskan selama degassing mantel dan terutama digunakan untuk proses oksidatif.Sumber oksigen lainnya adalah fotodisosiasi uap air oleh radiasi matahari ultraviolet yang keras. Penampilan; oksigen bebas di atmosfer menyebabkan kematian sebagian besar prokariota yang hidup dalam kondisi yang berkurang. Organisme prokariotik mengubah habitatnya. Mereka meninggalkan permukaan bumi ke kedalamannya dan ke daerah-daerah di mana kondisi pemulihan masih ada. Mereka digantikan oleh eukariota, yang mulai dengan penuh semangat mengubah karbon dioksida menjadi oksigen.

Selama masa Archean dan sebagian besar Proterozoikum, hampir semua oksigen yang dihasilkan baik secara abiogenik maupun biogenik terutama digunakan untuk oksidasi besi dan belerang. Pada akhir Proterozoikum, semua logam besi divalen yang terletak di permukaan bumi teroksidasi atau berpindah ke inti bumi. Hal ini menyebabkan tekanan parsial oksigen di atmosfer awal Proterozoikum berubah.

Pada pertengahan Proterozoikum, konsentrasi oksigen di atmosfer mencapai titik juri dan mencapai 0,01% dari tingkat saat ini. Mulai saat ini, oksigen mulai terakumulasi di atmosfer dan, mungkin, pada akhir Riphean, kandungannya mencapai titik Pasteur (0,1% dari tingkat saat ini). Ada kemungkinan lapisan ozon muncul pada periode Vendian dan tidak pernah hilang.

Munculnya oksigen bebas di atmosfer bumi merangsang evolusi kehidupan dan menyebabkan munculnya bentuk-bentuk baru dengan metabolisme yang lebih maju. Jika sebelumnya alga uniseluler eukariotik dan cyanea, yang muncul pada awal Proterozoikum, memerlukan kandungan oksigen dalam air hanya 10 -3 dari konsentrasi modern, maka dengan munculnya Metazoa non-kerangka pada akhir Vendian Awal, yaitu sekitar 650 juta tahun yang lalu, konsentrasi oksigen di atmosfer seharusnya jauh lebih tinggi. Bagaimanapun, Metazoa menggunakan respirasi oksigen dan ini mengharuskan tekanan parsial oksigen mencapai tingkat kritis - titik Pasteur. Dalam hal ini, proses fermentasi anaerobik digantikan oleh metabolisme oksigen yang lebih menjanjikan dan progresif.

Setelah itu, akumulasi oksigen lebih lanjut di atmosfer bumi terjadi cukup cepat. Peningkatan progresif dalam volume ganggang biru-hijau berkontribusi pada pencapaian tingkat oksigen di atmosfer yang diperlukan untuk mendukung kehidupan dunia hewan. Stabilisasi tertentu terhadap kandungan oksigen di atmosfer terjadi sejak tumbuhan mencapai daratan - sekitar 450 juta tahun yang lalu. Munculnya tumbuhan di darat, yang terjadi pada periode Silur, menyebabkan stabilisasi akhir kadar oksigen di atmosfer. Sejak saat itu, konsentrasinya mulai berfluktuasi dalam batas yang agak sempit, tidak pernah melebihi batas keberadaan kehidupan. Konsentrasi oksigen di atmosfer telah sepenuhnya stabil sejak munculnya tumbuhan berbunga. Peristiwa ini terjadi pada pertengahan zaman Kapur, yaitu. sekitar 100 juta tahun yang lalu.

Sebagian besar nitrogen terbentuk pada tahap awal perkembangan bumi, terutama karena penguraian amonia. Dengan munculnya organisme, proses pengikatan nitrogen atmosfer menjadi bahan organik dan menguburnya dalam sedimen laut dimulai. Setelah organisme mencapai daratan, nitrogen mulai terkubur di sedimen benua. Proses pengolahan nitrogen bebas semakin intensif dengan munculnya tanaman darat.

Pada pergantian masa Kriptozoikum dan Fanerozoikum, yaitu sekitar 650 juta tahun yang lalu, kandungan karbon dioksida di atmosfer menurun hingga sepersepuluh persen, dan kandungannya mendekati tingkat modern baru-baru ini, sekitar 10-20 juta tahun. yang lalu.

Dengan demikian, komposisi gas di atmosfer tidak hanya menyediakan ruang hidup bagi organisme, tetapi juga menentukan ciri-ciri aktivitas kehidupannya dan berkontribusi terhadap pemukiman dan evolusi. Gangguan yang muncul dalam distribusi komposisi gas di atmosfer yang menguntungkan bagi organisme, baik karena alasan kosmik maupun planet, menyebabkan kepunahan massal dunia organik, yang berulang kali terjadi selama masa Kriptozoikum dan pada batas-batas tertentu dalam sejarah Fanerozoikum.

Fungsi etnosfer atmosfer

Atmosfer bumi menyediakan zat-zat yang diperlukan, energi dan menentukan arah dan kecepatan proses metabolisme. Komposisi gas atmosfer modern optimal bagi keberadaan dan perkembangan kehidupan. Sebagai tempat terbentuknya cuaca dan iklim, atmosfer harus menciptakan kondisi yang nyaman bagi kehidupan manusia, hewan, dan tumbuh-tumbuhan. Penyimpangan kualitas udara atmosfer dan kondisi cuaca ke satu arah atau lainnya menciptakan kondisi ekstrim bagi kehidupan flora dan fauna, termasuk manusia.

Atmosfer bumi tidak hanya menyediakan kondisi bagi keberadaan umat manusia, tetapi juga merupakan faktor utama dalam evolusi etnosfer. Pada saat yang sama, ia ternyata menjadi sumber energi dan bahan mentah untuk produksi. Secara umum atmosfer merupakan salah satu faktor yang menjaga kesehatan manusia, dan beberapa kawasan, karena kondisi fisik-geografis dan kualitas udara atmosfer, berfungsi sebagai kawasan rekreasi dan merupakan kawasan yang diperuntukkan bagi perawatan sanatorium-resor dan rekreasi masyarakat. Dengan demikian, suasana merupakan faktor dampak estetika dan emosional.

Fungsi etnosfer dan teknosfer atmosfer, yang didefinisikan baru-baru ini (E.D. Nikitin, N.A. Yasamanov, 2001), memerlukan kajian independen dan mendalam. Oleh karena itu, kajian fungsi energi atmosfer menjadi sangat relevan, baik dari sudut pandang terjadinya dan berjalannya proses-proses yang merusak lingkungan, maupun dari sudut pandang dampaknya terhadap kesehatan dan kesejahteraan manusia. Dalam hal ini, kita berbicara tentang energi siklon dan antisiklon, pusaran atmosfer, tekanan atmosfer, dan fenomena atmosfer ekstrem lainnya, yang penggunaannya secara efektif akan berkontribusi pada keberhasilan penyelesaian masalah memperoleh sumber energi alternatif yang tidak mencemari lingkungan. lingkungan. Bagaimanapun juga, lingkungan udara, terutama yang bagiannya terletak di atas Samudera Dunia, merupakan kawasan tempat pelepasan energi bebas dalam jumlah yang sangat besar.

Misalnya, diketahui bahwa siklon tropis dengan kekuatan rata-rata melepaskan energi yang setara dengan energi 500.000 bom atom yang dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki hanya dalam satu hari. Dalam 10 hari keberadaan topan tersebut, energi yang dilepaskan cukup untuk memenuhi semua kebutuhan energi negara seperti Amerika Serikat selama 600 tahun.

Dalam beberapa tahun terakhir, sejumlah besar karya ilmuwan alam telah diterbitkan, dengan satu atau lain cara berhubungan dengan berbagai aspek aktivitas dan pengaruh atmosfer terhadap proses terestrial, yang menunjukkan intensifikasi interaksi interdisipliner dalam ilmu pengetahuan alam modern. Pada saat yang sama, peran pengintegrasian arah-arah tertentu terwujud, di antaranya arah fungsional-ekologis dalam geoekologi harus diperhatikan.

Arah ini merangsang analisis dan generalisasi teoritis mengenai fungsi ekologi dan peran planet dari berbagai geosfer, dan ini, pada gilirannya, merupakan prasyarat penting untuk pengembangan metodologi dan landasan ilmiah untuk studi holistik planet kita, penggunaan rasional dan perlindungan sumber daya alam. sumber daya alamnya.

Atmosfer bumi terdiri dari beberapa lapisan: troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfer, ionosfer, dan eksosfer. Di bagian atas troposfer dan bagian bawah stratosfer terdapat lapisan yang diperkaya ozon yang disebut perisai ozon. Pola tertentu (harian, musiman, tahunan, dll.) dalam distribusi ozon telah ditetapkan. Sejak awal mulanya, atmosfer telah mempengaruhi jalannya proses di planet ini. Komposisi utama atmosfer benar-benar berbeda dibandingkan saat ini, namun seiring berjalannya waktu, porsi dan peran nitrogen molekuler terus meningkat, sekitar 650 juta tahun yang lalu oksigen bebas muncul, yang jumlahnya terus meningkat, namun konsentrasi karbon dioksida menurun sesuai dengan itu. Mobilitas atmosfer yang tinggi, komposisi gasnya, dan keberadaan aerosol menentukan peran luar biasa dan partisipasi aktifnya dalam berbagai proses geologi dan biosfer. Atmosfer memainkan peran besar dalam redistribusi energi matahari dan perkembangan fenomena alam dan bencana alam yang dahsyat. Pusaran atmosfer - angin puting beliung (tornado), angin topan, topan, siklon, dan fenomena lainnya berdampak negatif pada dunia organik dan sistem alam. Sumber utama pencemaran, selain faktor alam, adalah berbagai bentuk aktivitas ekonomi manusia. Dampak antropogenik terhadap atmosfer tidak hanya terlihat dalam munculnya berbagai aerosol dan gas rumah kaca, tetapi juga dalam peningkatan jumlah uap air, dan diwujudkan dalam bentuk kabut asap dan hujan asam. Gas rumah kaca mengubah suhu permukaan bumi, emisi beberapa gas mengurangi volume lapisan ozon dan berkontribusi pada pembentukan lubang ozon. Peran etnosfer atmosfer bumi sangat besar.

Peran atmosfer dalam proses alam

Atmosfer permukaan, dalam keadaan peralihan antara litosfer dan luar angkasa serta komposisi gasnya, menciptakan kondisi bagi kehidupan organisme. Pada saat yang sama, pelapukan dan intensitas penghancuran batuan, perpindahan dan akumulasi material klastik bergantung pada jumlah, sifat dan frekuensi curah hujan, frekuensi dan kekuatan angin, dan terutama pada suhu udara. Atmosfer merupakan komponen sentral dari sistem iklim. Suhu dan kelembapan udara, kekeruhan dan curah hujan, angin - semua ini menjadi ciri cuaca, yaitu keadaan atmosfer yang terus berubah. Pada saat yang sama, komponen-komponen yang sama ini mencirikan iklim, yaitu rata-rata rezim cuaca jangka panjang.

Komposisi gas, keberadaan awan dan berbagai pengotor yang disebut partikel aerosol (abu, debu, partikel uap air), menentukan ciri-ciri lewatnya radiasi matahari melalui atmosfer dan mencegah keluarnya radiasi panas bumi. ke luar angkasa.

Atmosfer bumi sangat mobile. Proses yang terjadi di dalamnya dan perubahan komposisi gas, ketebalan, kekeruhan, transparansi dan keberadaan partikel aerosol tertentu di dalamnya mempengaruhi cuaca dan iklim.

Tindakan dan arah proses alam, serta kehidupan dan aktivitas di Bumi, ditentukan oleh radiasi matahari. Ini menyediakan 99,98% panas yang disuplai ke permukaan bumi. Setiap tahun jumlahnya mencapai 134 * 10 19 kkal. Jumlah panas tersebut bisa diperoleh dengan membakar 200 miliar ton batu bara. Cadangan hidrogen yang menciptakan aliran energi termonuklir dalam massa Matahari ini akan bertahan setidaknya selama 10 miliar tahun lagi, yakni dua kali lipat durasi keberadaan planet kita dan dirinya sendiri.

Sekitar 1/3 dari total energi matahari yang sampai di batas atas atmosfer dipantulkan kembali ke luar angkasa, 13% diserap oleh lapisan ozon (termasuk hampir seluruh radiasi ultraviolet). 7% merupakan sisa atmosfer dan hanya 44% yang mencapai permukaan bumi. Total radiasi matahari yang mencapai bumi per hari sama dengan energi yang diterima umat manusia akibat pembakaran semua jenis bahan bakar selama milenium terakhir.

Besarnya dan sifat sebaran radiasi matahari di permukaan bumi sangat bergantung pada kekeruhan dan transparansi atmosfer. Banyaknya radiasi yang tersebar dipengaruhi oleh ketinggian Matahari di atas cakrawala, transparansi atmosfer, kandungan uap air, debu, jumlah total karbon dioksida, dll.

Jumlah maksimum radiasi yang tersebar mencapai daerah kutub. Semakin rendah posisi Matahari di atas cakrawala, semakin sedikit panas yang masuk ke suatu area tertentu.

Transparansi dan kekeruhan atmosfer sangatlah penting. Pada hari musim panas yang berawan, suhu biasanya lebih dingin daripada saat cuaca cerah, karena mendung di siang hari mencegah pemanasan permukaan bumi.

Tingkat debu di atmosfer memainkan peran utama dalam distribusi panas. Partikel debu dan abu padat yang tersebar halus yang ditemukan di dalamnya, yang mempengaruhi transparansinya, berdampak negatif terhadap distribusi radiasi matahari, yang sebagian besar dipantulkan. Partikel halus memasuki atmosfer melalui dua cara: abu yang dikeluarkan selama letusan gunung berapi, atau debu gurun yang dibawa oleh angin dari daerah tropis dan subtropis yang gersang. Terutama banyak debu yang terbentuk selama musim kemarau, ketika arus udara hangat membawanya ke lapisan atas atmosfer dan dapat bertahan di sana untuk waktu yang lama. Setelah letusan gunung Krakatau pada tahun 1883, debu yang terlempar puluhan kilometer ke atmosfer tetap berada di stratosfer selama kurang lebih 3 tahun. Akibat letusan gunung berapi El Chichon (Meksiko) tahun 1985, debu mencapai Eropa, sehingga terjadi sedikit penurunan suhu permukaan.

Atmosfer bumi mengandung uap air dalam jumlah yang bervariasi. Secara absolut berdasarkan berat atau volume, jumlahnya berkisar antara 2 hingga 5%.

Uap air, seperti karbon dioksida, meningkatkan efek rumah kaca. Di awan dan kabut yang muncul di atmosfer, terjadi proses fisik dan kimia yang aneh.

Sumber utama uap air ke atmosfer adalah permukaan Samudera Dunia. Lapisan air dengan ketebalan 95 hingga 110 cm menguap setiap tahunnya, sebagian uap air kembali ke laut setelah kondensasi, dan sebagian lagi diarahkan oleh arus udara menuju benua. Di daerah dengan iklim lembab yang bervariasi, curah hujan membasahi tanah, dan di daerah beriklim lembab menciptakan cadangan air tanah. Dengan demikian, atmosfer merupakan akumulator kelembapan dan reservoir curah hujan. dan kabut yang terbentuk di atmosfer memberikan kelembapan pada penutup tanah sehingga memainkan peran penting dalam perkembangan flora dan fauna.

Kelembaban atmosfer didistribusikan ke seluruh permukaan bumi karena mobilitas atmosfer. Hal ini ditandai dengan sistem angin dan distribusi tekanan yang sangat kompleks. Karena atmosfer terus bergerak, sifat dan skala distribusi aliran dan tekanan angin terus berubah. Skala sirkulasinya bervariasi, mulai dari mikrometeorologi, yang ukurannya hanya beberapa ratus meter, hingga skala global yang mencapai beberapa puluh ribu kilometer. Pusaran atmosfer yang besar berpartisipasi dalam penciptaan sistem arus udara skala besar dan menentukan sirkulasi atmosfer secara umum. Selain itu, mereka adalah sumber fenomena atmosfer yang membawa bencana.

Distribusi kondisi cuaca dan iklim serta fungsi makhluk hidup bergantung pada tekanan atmosfer. Jika tekanan atmosfer berfluktuasi dalam batas kecil, hal ini tidak memainkan peran yang menentukan dalam kesejahteraan manusia dan perilaku hewan, serta tidak mempengaruhi fungsi fisiologis tumbuhan. Perubahan tekanan biasanya berhubungan dengan fenomena frontal dan perubahan cuaca.

Tekanan atmosfer sangat penting dalam pembentukan angin, yang sebagai faktor pembentuk relief, mempunyai dampak yang kuat terhadap dunia hewan dan tumbuhan.

Angin dapat menekan pertumbuhan tanaman dan pada saat yang sama mendorong perpindahan benih. Peran angin dalam membentuk kondisi cuaca dan iklim sangat besar. Ia juga berperan sebagai pengatur arus laut. Angin, sebagai salah satu faktor eksogen, berkontribusi terhadap erosi dan deflasi material lapuk dalam jarak jauh.

Peran ekologi dan geologi dari proses atmosfer

Penurunan transparansi atmosfer akibat munculnya partikel aerosol dan debu padat di dalamnya mempengaruhi distribusi radiasi matahari sehingga meningkatkan albedo atau reflektifitas. Berbagai reaksi kimia yang menyebabkan penguraian ozon dan terbentuknya awan “mutiara” yang terdiri dari uap air juga menimbulkan akibat yang sama. Perubahan global dalam reflektifitas, serta perubahan gas di atmosfer, terutama gas rumah kaca, bertanggung jawab atas perubahan iklim.

Pemanasan yang tidak merata yang menyebabkan perbedaan tekanan atmosfer di berbagai bagian permukaan bumi menyebabkan terjadinya sirkulasi atmosfer yang merupakan ciri khas troposfer. Ketika terjadi perbedaan tekanan, udara mengalir dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah. Pergerakan massa udara ini, bersama dengan kelembapan dan suhu, menentukan ciri ekologi dan geologi utama dari proses atmosfer.

Tergantung pada kecepatannya, angin melakukan berbagai pekerjaan geologis di permukaan bumi. Dengan kecepatan 10 m/s, ia mengguncang dahan pohon yang lebat, mengangkat dan mengangkut debu dan pasir halus; mematahkan dahan pohon dengan kecepatan 20 m/s, membawa pasir dan kerikil; dengan kecepatan 30 m/s (badai) merobek atap rumah, menumbangkan pohon, mematahkan tiang, memindahkan kerikil dan membawa puing-puing kecil, dan angin topan dengan kecepatan 40 m/s menghancurkan rumah, menghancurkan dan merobohkan listrik. tiang-tiang, menumbangkan pohon-pohon besar.

Badai dan tornado (tornado) - pusaran atmosfer yang terjadi di musim panas di front atmosfer yang kuat, dengan kecepatan hingga 100 m/s, memiliki dampak negatif yang besar terhadap lingkungan dengan konsekuensi bencana. Badai adalah angin puyuh horizontal dengan kecepatan angin topan (hingga 60-80 m/s). Seringkali disertai dengan hujan lebat dan badai petir yang berlangsung dari beberapa menit hingga setengah jam. Badai mencakup area dengan lebar hingga 50 km dan menempuh jarak 200-250 km. Badai besar di Moskow dan wilayah Moskow pada tahun 1998 merusak banyak atap rumah dan menumbangkan pohon.

Tornado, yang disebut tornado di Amerika Utara, adalah pusaran atmosfer berbentuk corong yang kuat, sering kali dikaitkan dengan awan petir. Ini adalah kolom udara yang meruncing di tengahnya dengan diameter beberapa puluh hingga ratusan meter. Angin puting beliung berbentuk corong, sangat mirip dengan belalai gajah, turun dari awan atau naik dari permukaan bumi. Memiliki penghalusan yang kuat dan kecepatan rotasi yang tinggi, tornado bergerak hingga beberapa ratus kilometer, menarik debu, air dari waduk, dan berbagai benda. Tornado yang dahsyat disertai badai petir, hujan dan memiliki daya rusak yang besar.

Tornado jarang terjadi di daerah subkutub atau khatulistiwa, yang selalu dingin atau panas. Ada beberapa tornado di lautan terbuka. Tornado terjadi di Eropa, Jepang, Australia, Amerika Serikat, dan di Rusia terutama sering terjadi di wilayah Central Black Earth, di wilayah Moskow, Yaroslavl, Nizhny Novgorod, dan Ivanovo.

Tornado mengangkat dan memindahkan mobil, rumah, gerbong, dan jembatan. Tornado yang sangat merusak terjadi di Amerika Serikat. Setiap tahun terjadi 450 hingga 1500 angin puting beliung dengan rata-rata korban jiwa sekitar 100 orang. Tornado adalah proses atmosfer yang bersifat bencana dan berlangsung cepat. Mereka terbentuk hanya dalam 20-30 menit, dan masa pakainya 30 menit. Oleh karena itu, hampir tidak mungkin untuk memprediksi waktu dan tempat terjadinya angin puting beliung.

Pusaran atmosfer lainnya yang merusak namun bertahan lama adalah siklon. Mereka terbentuk karena perbedaan tekanan, yang dalam kondisi tertentu berkontribusi pada munculnya gerakan melingkar aliran udara. Pusaran atmosfer berasal dari aliran udara hangat lembab yang kuat ke atas dan berputar dengan kecepatan tinggi searah jarum jam di belahan bumi selatan dan berlawanan arah jarum jam di belahan bumi utara. Siklon, tidak seperti tornado, berasal dari lautan dan menimbulkan dampak destruktif di benua. Faktor perusak utama adalah angin kencang, curah hujan lebat berupa hujan salju, hujan lebat, hujan es, dan banjir bandang. Angin dengan kecepatan 19 - 30 m/s membentuk badai, 30 - 35 m/s - badai, dan lebih dari 35 m/s - badai.

Siklon tropis - angin topan dan topan - memiliki lebar rata-rata beberapa ratus kilometer. Kecepatan angin di dalam topan mencapai kekuatan badai. Siklon tropis berlangsung dari beberapa hari hingga beberapa minggu, bergerak dengan kecepatan 50 hingga 200 km/jam. Siklon garis lintang tengah memiliki diameter yang lebih besar. Dimensi melintangnya berkisar antara seribu hingga beberapa ribu kilometer, dan kecepatan angin sangat cepat. Mereka bergerak di belahan bumi utara dari barat dan disertai hujan es dan salju, yang bersifat bencana. Dalam hal jumlah korban dan kerusakan yang ditimbulkan, angin topan dan angin topan serta angin topan yang terkait dengannya merupakan fenomena alam atmosfer terbesar setelah banjir. Di wilayah padat penduduk di Asia, jumlah korban tewas akibat angin topan mencapai ribuan. Pada tahun 1991, di Bangladesh, saat terjadi badai yang menyebabkan terbentuknya gelombang laut setinggi 6 m, 125 ribu orang meninggal. Topan menyebabkan kerusakan besar di Amerika Serikat. Pada saat yang sama, puluhan dan ratusan orang meninggal. Di Eropa Barat, kerusakan akibat angin topan lebih kecil.

Badai petir dianggap sebagai fenomena atmosfer yang membawa bencana. Hal ini terjadi ketika udara hangat dan lembab naik dengan sangat cepat. Di perbatasan zona tropis dan subtropis, badai petir terjadi 90-100 hari dalam setahun, di zona beriklim sedang 10-30 hari. Di negara kita, jumlah badai petir terbesar terjadi di Kaukasus Utara.

Badai petir biasanya berlangsung kurang dari satu jam. Yang sangat berbahaya adalah hujan lebat, hujan es, sambaran petir, hembusan angin, dan arus udara vertikal. Bahaya hujan es ditentukan oleh ukuran batu es. Di Kaukasus Utara, massa hujan es pernah mencapai 0,5 kg, dan di India tercatat hujan es seberat 7 kg. Daerah perkotaan yang paling berbahaya di negara kita terletak di Kaukasus Utara. Pada bulan Juli 1992, hujan es merusak 18 pesawat di bandara Mineralnye Vody.

Fenomena atmosfer yang berbahaya termasuk petir. Mereka membunuh manusia, ternak, menyebabkan kebakaran, dan merusak jaringan listrik. Sekitar 10.000 orang meninggal akibat badai petir dan dampaknya setiap tahun di seluruh dunia. Terlebih lagi, di beberapa wilayah di Afrika, Perancis dan Amerika, jumlah korban akibat petir lebih besar dibandingkan fenomena alam lainnya. Kerugian ekonomi tahunan akibat badai petir di Amerika Serikat setidaknya mencapai $700 juta.

Kekeringan biasa terjadi di daerah gurun, padang rumput, dan hutan-stepa. Kurangnya curah hujan menyebabkan mengeringnya tanah, menurunnya muka air tanah dan waduk hingga benar-benar kering. Kekurangan kelembaban menyebabkan kematian tumbuh-tumbuhan dan tanaman. Kekeringan sangat parah terjadi di Afrika, Timur Dekat dan Timur Tengah, Asia Tengah, dan Amerika Utara bagian selatan.

Kekeringan mengubah kondisi kehidupan manusia dan berdampak buruk terhadap lingkungan alam melalui proses seperti salinisasi tanah, angin kering, badai debu, erosi tanah, dan kebakaran hutan. Kebakaran sangat parah selama musim kemarau di kawasan taiga, hutan tropis dan subtropis, serta sabana.

Kekeringan merupakan proses jangka pendek yang berlangsung selama satu musim. Ketika kekeringan berlangsung lebih dari dua musim, maka terdapat ancaman kelaparan dan kematian massal. Biasanya, kekeringan mempengaruhi wilayah satu atau lebih negara. Kekeringan berkepanjangan dengan akibat yang tragis sering terjadi terutama di wilayah Sahel Afrika.

Fenomena atmosfer seperti hujan salju, hujan lebat dalam jangka pendek, dan hujan berkepanjangan menyebabkan kerusakan besar. Hujan salju menyebabkan longsoran besar-besaran di pegunungan, dan pencairan salju yang turun dengan cepat serta curah hujan yang berkepanjangan menyebabkan banjir. Banyaknya air yang jatuh ke permukaan bumi, terutama di daerah yang tidak berpohon, menyebabkan erosi tanah yang parah. Ada pertumbuhan intensif sistem balok selokan. Banjir terjadi sebagai akibat dari banjir besar selama periode curah hujan lebat atau air tinggi setelah pemanasan mendadak atau pencairan salju di musim semi dan, oleh karena itu, berasal dari fenomena atmosfer (dibahas dalam bab tentang peran ekologis hidrosfer).

Perubahan atmosfer antropogenik

Saat ini, terdapat banyak sumber antropogenik berbeda yang menyebabkan pencemaran udara dan menyebabkan gangguan serius pada keseimbangan ekologi. Dari segi skala, ada dua sumber yang mempunyai dampak terbesar terhadap atmosfer: transportasi dan industri. Rata-rata, transportasi menyumbang sekitar 60% dari total polusi atmosfer, industri - 15, energi panas - 15, teknologi penghancuran limbah rumah tangga dan industri - 10%.

Transportasi, tergantung pada bahan bakar yang digunakan dan jenis oksidator, melepaskan nitrogen oksida, belerang, karbon oksida dan dioksida ke atmosfer, timbal dan senyawanya, jelaga, benzopyrene (zat dari kelompok hidrokarbon aromatik polisiklik, yang kuat karsinogen yang menyebabkan kanker kulit).

Industri mengeluarkan sulfur dioksida, karbon oksida dan dioksida, hidrokarbon, amonia, hidrogen sulfida, asam sulfat, fenol, klorin, fluor dan senyawa kimia lainnya ke atmosfer. Namun posisi dominan di antara emisi (hingga 85%) ditempati oleh debu.

Akibat pencemaran, transparansi atmosfer berubah sehingga menimbulkan aerosol, kabut asap, dan hujan asam.

Aerosol adalah sistem terdispersi yang terdiri dari partikel padat atau tetesan cairan yang tersuspensi dalam lingkungan gas. Ukuran partikel fase terdispersi biasanya 10 -3 -10 -7 cm Tergantung pada komposisi fase terdispersi, aerosol dibagi menjadi dua kelompok. Yang pertama mencakup aerosol yang terdiri dari partikel padat yang terdispersi dalam media gas, yang kedua mencakup aerosol yang merupakan campuran fase gas dan cair. Yang pertama disebut asap, dan yang terakhir disebut kabut. Dalam proses pembentukannya, pusat kondensasi memegang peranan penting. Abu vulkanik, debu kosmik, produk emisi industri, berbagai bakteri, dll bertindak sebagai inti kondensasi.Jumlah kemungkinan sumber konsentrasi inti terus bertambah. Jadi, misalnya ketika rumput kering dibakar di area seluas 4000 m 2, rata-rata terbentuk 11 * 10 22 inti aerosol.

Aerosol mulai terbentuk sejak planet kita muncul dan mempengaruhi kondisi alam. Namun kuantitas dan tindakannya, yang seimbang dengan siklus umum zat di alam, tidak menyebabkan perubahan lingkungan yang besar. Faktor antropogenik dalam pembentukannya telah menggeser keseimbangan ini menuju kelebihan biosfer yang signifikan. Ciri ini terutama terlihat sejak umat manusia mulai menggunakan aerosol yang dibuat khusus baik dalam bentuk zat beracun maupun untuk perlindungan tanaman.

Yang paling berbahaya bagi tumbuh-tumbuhan adalah aerosol sulfur dioksida, hidrogen fluorida, dan nitrogen. Jika bersentuhan dengan permukaan daun yang lembap, akan membentuk asam yang berdampak buruk bagi makhluk hidup. Kabut asam masuk ke organ pernafasan hewan dan manusia bersama dengan udara yang dihirup dan mempunyai efek agresif pada selaput lendir. Beberapa di antaranya menguraikan jaringan hidup, dan aerosol radioaktif menyebabkan kanker. Di antara isotop radioaktif, Sg 90 sangat berbahaya tidak hanya karena karsinogenisitasnya, tetapi juga sebagai analog kalsium, menggantikannya dalam tulang organisme, dan menyebabkan pembusukannya.

Selama ledakan nuklir, awan aerosol radioaktif terbentuk di atmosfer. Partikel-partikel kecil dengan radius 1 - 10 mikron tidak hanya jatuh ke lapisan atas troposfer, tetapi juga ke stratosfer, di mana mereka dapat bertahan dalam waktu yang lama. Awan aerosol juga terbentuk selama pengoperasian reaktor pada instalasi industri yang menghasilkan bahan bakar nuklir, serta akibat kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir.

Asap merupakan campuran aerosol dengan fase terdispersi cair dan padat, yang membentuk tirai berkabut di kawasan industri dan kota-kota besar.

Ada tiga jenis kabut asap: es, basah, dan kering. Kabut es disebut kabut asap Alaska. Ini adalah kombinasi polutan gas dengan penambahan partikel debu dan kristal es yang terjadi ketika tetesan kabut dan uap dari sistem pemanas membeku.

Kabut basah, atau kabut asap tipe London, terkadang disebut kabut musim dingin. Ini adalah campuran polutan gas (terutama sulfur dioksida), partikel debu dan tetesan kabut. Prasyarat meteorologis munculnya kabut asap musim dingin adalah cuaca tenang, di mana lapisan udara hangat terletak di atas lapisan tanah udara dingin (di bawah 700 m). Dalam hal ini, tidak hanya terjadi pertukaran horizontal, tetapi juga vertikal. Polutan yang biasanya tersebar di lapisan tinggi, dalam hal ini terakumulasi di lapisan permukaan.

Kabut asap kering terjadi selama musim panas dan sering disebut kabut asap tipe Los Angeles. Ini adalah campuran ozon, karbon monoksida, nitrogen oksida dan uap asam. Kabut asap tersebut terbentuk akibat penguraian polutan oleh radiasi matahari, terutama bagian ultravioletnya. Prasyarat meteorologi adalah inversi atmosfer, yang dinyatakan dalam munculnya lapisan udara dingin di atas udara hangat. Biasanya, gas dan partikel padat yang terangkat oleh arus udara hangat kemudian tersebar ke lapisan atas yang dingin, tetapi dalam kasus ini mereka terakumulasi di lapisan inversi. Dalam proses fotolisis, nitrogen dioksida yang terbentuk selama pembakaran bahan bakar di mesin mobil terurai:

TIDAK 2 → TIDAK + O

Kemudian sintesis ozon terjadi:

O + O 2 + M → O 3 + M

TIDAK + O → TIDAK 2

Proses fotodisosiasi disertai dengan pendar kuning kehijauan.

Selain itu, terjadi reaksi seperti: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, yaitu terbentuk asam sulfat kuat.

Dengan adanya perubahan kondisi meteorologi (munculnya angin atau perubahan kelembapan), udara dingin menghilang dan kabut asap menghilang.

Kehadiran zat karsinogenik dalam kabut asap menyebabkan gangguan pernafasan, iritasi selaput lendir, gangguan peredaran darah, mati lemas dan seringkali kematian. Kabut asap sangat berbahaya bagi anak kecil.

Hujan asam adalah presipitasi atmosfer yang diasamkan oleh emisi industri sulfur oksida, nitrogen dan uap asam perklorat dan klorin yang terlarut di dalamnya. Dalam proses pembakaran batu bara dan gas, sebagian besar belerang yang terkandung di dalamnya, baik dalam bentuk oksida maupun dalam senyawa dengan besi, khususnya pirit, pirhotit, kalkopirit, dll, diubah menjadi belerang oksida, yang bersama-sama dengan karbon dioksida, dilepaskan ke atmosfer. Ketika nitrogen atmosfer dan emisi teknis bergabung dengan oksigen, berbagai nitrogen oksida terbentuk, dan volume nitrogen oksida yang terbentuk bergantung pada suhu pembakaran. Sebagian besar nitrogen oksida terjadi selama pengoperasian kendaraan dan lokomotif diesel, dan sebagian kecil terjadi di sektor energi dan perusahaan industri. Sulfur dan nitrogen oksida merupakan pembentuk asam utama. Ketika bereaksi dengan oksigen atmosfer dan uap air yang terkandung di dalamnya, asam sulfat dan nitrat terbentuk.

Diketahui bahwa keseimbangan basa-asam lingkungan ditentukan oleh nilai pH. Lingkungan netral memiliki nilai pH 7, lingkungan asam memiliki nilai pH 0, dan lingkungan basa memiliki nilai pH 14. Di zaman modern, nilai pH air hujan adalah 5,6, meskipun pada masa sekarang nilai pH air hujan adalah 5,6. netral. Penurunan nilai pH sebesar satu sama dengan peningkatan keasaman sepuluh kali lipat dan, oleh karena itu, saat ini, hujan dengan keasaman tinggi turun hampir di mana-mana. Keasaman maksimum hujan yang tercatat di Eropa Barat adalah 4-3,5 pH. Perlu diingat bahwa nilai pH 4-4,5 mematikan bagi sebagian besar ikan.

Hujan asam mempunyai dampak agresif terhadap vegetasi bumi, bangunan industri dan perumahan serta berkontribusi terhadap percepatan pelapukan batuan yang terbuka secara signifikan. Peningkatan keasaman mencegah pengaturan sendiri netralisasi tanah di mana unsur hara larut. Pada gilirannya, hal ini menyebabkan penurunan tajam hasil panen dan menyebabkan degradasi tutupan vegetasi. Keasaman tanah mendorong pelepasan tanah berat yang terikat, yang secara bertahap diserap oleh tanaman, menyebabkan kerusakan jaringan yang serius dan menembus rantai makanan manusia.

Perubahan potensi basa-asam perairan laut, terutama di perairan dangkal, menyebabkan terhentinya reproduksi banyak invertebrata, menyebabkan kematian ikan dan mengganggu keseimbangan ekologi di lautan.

Akibat hujan asam, hutan di Eropa Barat, Negara Baltik, Karelia, Ural, Siberia dan Kanada terancam rusak.

Struktur dan komposisi atmosfer bumi, harus dikatakan, tidak selalu bernilai konstan dalam periode tertentu perkembangan planet kita. Saat ini, struktur vertikal elemen yang memiliki “ketebalan” total 1,5-2,0 ribu km ini diwakili oleh beberapa lapisan utama, antara lain:

1. Troposfer.
2. Tropopause.
3. Stratosfir.
4. Stratopause.
5. Mesosfer dan mesopause.
6. Termosfer.
7. Eksosfer.

Elemen dasar atmosfer

Troposfer adalah lapisan di mana pergerakan vertikal dan horizontal yang kuat diamati, di sinilah terbentuknya cuaca, fenomena sedimen, dan kondisi iklim. Membentang 7-8 kilometer dari permukaan planet hampir di semua tempat, kecuali di wilayah kutub (hingga 15 km di sana). Di troposfer, terjadi penurunan suhu secara bertahap, kira-kira sebesar 6,4°C pada setiap kilometer ketinggian. Indikator ini mungkin berbeda untuk garis lintang dan musim yang berbeda.

Komposisi atmosfer bumi pada bagian ini diwakili oleh unsur-unsur berikut dan persentasenya:

Nitrogen - sekitar 78 persen;

Oksigen - hampir 21 persen;

Argon - sekitar satu persen;

Karbon dioksida - kurang dari 0,05%.

Komposisi tunggal hingga ketinggian 90 kilometer

Selain itu, di sini Anda dapat menemukan debu, tetesan air, uap air, hasil pembakaran, kristal es, garam laut, banyak partikel aerosol, dll. Komposisi atmosfer bumi ini diamati hingga ketinggian kurang lebih sembilan puluh kilometer, sehingga udaranya komposisi kimianya kurang lebih sama, tidak hanya di troposfer, tetapi juga di lapisan atasnya. Namun di sana atmosfer memiliki sifat fisik yang berbeda secara mendasar. Lapisan yang mempunyai komposisi kimia umum disebut homosfer.

Unsur apa lagi yang menyusun atmosfer bumi? Dalam persentase (berdasarkan volume, di udara kering) gas seperti kripton (sekitar 1,14 x 10 -4), xenon (8,7 x 10 -7), hidrogen (5,0 x 10 -5), metana (sekitar 1,7 x 10 -5) diwakili di sini.4), dinitrogen oksida (5,0 x 10 -5), dll. Sebagai persentase massa, komponen yang paling banyak terdaftar adalah dinitrogen oksida dan hidrogen, diikuti oleh helium, kripton, dan sebagainya.

Sifat fisik lapisan atmosfer yang berbeda

Sifat fisik troposfer erat kaitannya dengan kedekatannya dengan permukaan planet. Dari sini, panas matahari yang dipantulkan dalam bentuk sinar infra merah diarahkan kembali ke atas, melibatkan proses konduksi dan konveksi. Itulah sebabnya suhu turun seiring bertambahnya jarak dari permukaan bumi. Fenomena ini teramati hingga ketinggian stratosfer (11-17 kilometer), kemudian suhu hampir tidak berubah hingga 34-35 km, kemudian suhu naik kembali hingga ketinggian 50 kilometer (batas atas stratosfer) . Antara stratosfer dan troposfer terdapat lapisan perantara tipis tropopause (hingga 1-2 km), di mana suhu konstan diamati di atas khatulistiwa - sekitar minus 70 ° C ke bawah. Di atas kutub, tropopause “menghangat” di musim panas hingga minus 45°C; di musim dingin, suhu di sini berfluktuasi sekitar -65°C.

Komposisi gas di atmosfer bumi mencakup unsur penting seperti ozon. Jumlahnya relatif sedikit di permukaan (sepuluh pangkat minus enam persen), karena gas terbentuk di bawah pengaruh sinar matahari dari atom oksigen di bagian atas atmosfer. Secara khusus, sebagian besar ozon berada pada ketinggian sekitar 25 km, dan seluruh “layar ozon” terletak di area 7-8 km di kutub, dari 18 km di khatulistiwa, dan total hingga lima puluh kilometer di atas permukaan laut. permukaan planet ini.

Atmosfer melindungi dari radiasi matahari

Komposisi udara di atmosfer bumi memegang peranan yang sangat penting dalam kelestarian kehidupan, karena unsur-unsur dan komposisi kimia individu berhasil membatasi akses radiasi matahari ke permukaan bumi dan manusia, hewan, dan tumbuhan yang hidup di dalamnya. Misalnya, molekul uap air secara efektif menyerap hampir semua rentang radiasi infra merah, kecuali yang panjangnya berkisar antara 8 hingga 13 mikron. Ozon menyerap radiasi ultraviolet hingga panjang gelombang 3100 A. Tanpa lapisan tipisnya (rata-rata hanya 3 mm jika ditempatkan di permukaan planet), hanya air pada kedalaman lebih dari 10 meter dan gua bawah tanah yang tidak terkena radiasi matahari. jangkauan bisa dihuni. .

Nol Celcius di stratopause

Di antara dua tingkat atmosfer berikutnya, stratosfer dan mesosfer, terdapat lapisan yang luar biasa - stratopause. Suhu ini kira-kira sama dengan ketinggian maksimum ozon dan suhu di sini relatif nyaman bagi manusia - sekitar 0°C. Di atas stratopause, di mesosfer (dimulai di suatu tempat pada ketinggian 50 km dan berakhir pada ketinggian 80-90 km), penurunan suhu kembali diamati dengan meningkatnya jarak dari permukaan bumi (hingga minus 70-80 ° C ). Meteor biasanya terbakar habis di mesosfer.

Di termosfer - ditambah 2000 K!

Komposisi kimiawi atmosfer bumi di termosfer (dimulai setelah mesopause dari ketinggian sekitar 85-90 hingga 800 km) menentukan kemungkinan terjadinya fenomena seperti pemanasan bertahap lapisan “udara” yang sangat dijernihkan di bawah pengaruh radiasi matahari. . Di bagian “selimut udara” planet ini, suhu berkisar antara 200 hingga 2000 K, yang diperoleh karena ionisasi oksigen (atom oksigen terletak di atas 300 km), serta rekombinasi atom oksigen menjadi molekul. , disertai dengan pelepasan panas dalam jumlah besar. Termosfer adalah tempat terjadinya aurora.

Di atas termosfer terdapat eksosfer - lapisan terluar atmosfer, tempat atom hidrogen yang ringan dan bergerak cepat dapat lepas ke luar angkasa. Komposisi kimiawi atmosfer bumi di sini sebagian besar diwakili oleh atom oksigen individu di lapisan bawah, atom helium di lapisan tengah, dan hampir secara eksklusif atom hidrogen di lapisan atas. Suhu tinggi terjadi di sini - sekitar 3000 K dan tidak ada tekanan atmosfer.

Bagaimana atmosfer bumi terbentuk?

Namun, seperti disebutkan di atas, planet ini tidak selalu memiliki komposisi atmosfer seperti itu. Total ada tiga konsep asal usul unsur ini. Hipotesis pertama menyatakan bahwa atmosfer diambil melalui proses akresi dari awan protoplanet. Namun, saat ini teori ini mendapat banyak kritik, karena atmosfer primer seperti itu seharusnya dihancurkan oleh “angin” matahari dari sebuah bintang di sistem planet kita. Selain itu, unsur-unsur yang mudah menguap diasumsikan tidak dapat tertahan di zona pembentukan planet kebumian karena suhu yang terlalu tinggi.

Komposisi atmosfer utama bumi, seperti yang dikemukakan oleh hipotesis kedua, mungkin terbentuk karena pemboman aktif permukaan oleh asteroid dan komet yang datang dari sekitar Tata Surya pada tahap awal perkembangannya. Cukup sulit untuk mengkonfirmasi atau menyangkal konsep ini.

Eksperimen di IDG RAS

Tampaknya hipotesis ketiga yang paling masuk akal, yang meyakini bahwa atmosfer muncul sebagai akibat pelepasan gas dari mantel kerak bumi sekitar 4 miliar tahun yang lalu. Konsep ini diuji di Institut Geografi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia selama percobaan yang disebut “Tsarev 2”, ketika sampel zat asal meteorik dipanaskan dalam ruang hampa. Kemudian tercatat pelepasan gas-gas seperti H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2, dll. Oleh karena itu, para ilmuwan dengan tepat berasumsi bahwa komposisi kimiawi atmosfer utama bumi antara lain air dan karbon dioksida, hidrogen fluorida ( HF), gas karbon monoksida (CO), hidrogen sulfida (H 2 S), senyawa nitrogen, hidrogen, metana (CH 4), uap amonia (NH 3), argon, dll. Uap air dari atmosfer primer ikut serta dalam pembentukan hidrosfer, karbon dioksida sebagian besar berada dalam keadaan terikat dalam zat organik dan batuan, nitrogen masuk ke dalam komposisi udara modern, dan juga kembali ke batuan sedimen dan bahan organik.

Komposisi atmosfer utama bumi tidak memungkinkan manusia modern berada di dalamnya tanpa alat bantu pernapasan, karena saat itu tidak ada oksigen dalam jumlah yang dibutuhkan. Unsur ini muncul dalam jumlah yang signifikan satu setengah miliar tahun yang lalu, diyakini sehubungan dengan perkembangan proses fotosintesis pada alga biru-hijau dan alga lainnya, yang merupakan penghuni tertua di planet kita.

Oksigen minimal

Fakta bahwa komposisi atmosfer bumi pada awalnya hampir bebas oksigen ditunjukkan oleh fakta bahwa grafit (karbon) yang mudah teroksidasi, tetapi tidak teroksidasi, ditemukan pada batuan tertua (Catarchaean). Selanjutnya, apa yang disebut bijih besi berpita muncul, yang mencakup lapisan oksida besi yang diperkaya, yang berarti munculnya sumber oksigen yang kuat dalam bentuk molekul di planet ini. Namun unsur-unsur ini hanya ditemukan secara berkala (mungkin ganggang yang sama atau penghasil oksigen lainnya muncul di pulau-pulau kecil di gurun anoksik), sedangkan wilayah lain di dunia bersifat anaerobik. Yang terakhir ini didukung oleh fakta bahwa pirit yang mudah teroksidasi ditemukan dalam bentuk kerikil yang diproses secara aliran tanpa jejak reaksi kimia. Karena air yang mengalir tidak dapat diangin-anginkan dengan baik, berkembanglah pandangan bahwa atmosfer sebelum Kambrium mengandung kurang dari satu persen komposisi oksigen saat ini.

Perubahan revolusioner dalam komposisi udara

Kira-kira di pertengahan Proterozoikum (1,8 miliar tahun yang lalu), sebuah “revolusi oksigen” terjadi ketika dunia beralih ke respirasi aerobik, di mana 38 molekul nutrisi (glukosa) dapat diperoleh dari satu molekul nutrisi, dan bukan dua (seperti halnya respirasi anaerobik) satuan energi. Komposisi atmosfer bumi, dalam hal oksigen, mulai melebihi satu persen dari komposisi saat ini, dan lapisan ozon mulai muncul, melindungi organisme dari radiasi. Dari dialah, misalnya, hewan purba seperti trilobita “bersembunyi” di bawah cangkang tebal. Sejak saat itu hingga zaman kita, kandungan elemen utama “pernapasan” meningkat secara bertahap dan perlahan, memastikan keragaman perkembangan bentuk kehidupan di planet ini.

Perubahan komposisi atmosfer berdampak pada rezim radiasi atmosfer - ini adalah mekanisme utama pengaruh antropogenik pada sistem iklim global pada tingkat perkembangan industri saat ini dan yang diharapkan dalam beberapa dekade mendatang.

Kontribusi gas rumah kaca di atmosfer (lihat. Efek rumah kaca) merupakan bagian terbesar dari dampak ini. Pengaruh konsentrasi gas rumah kaca terhadap suhu ditentukan oleh penyerapan radiasi gelombang panjang yang berasal dari bumi, dan akibatnya, penurunan radiasi efektif di permukaan bumi. Dalam hal ini, suhu maksimum meningkat, dan suhu lapisan atmosfer yang lebih tinggi menurun karena kehilangan radiasi yang besar. Efek ini diperkuat oleh dua keadaan:

1) peningkatan jumlah uap air di atmosfer selama pemanasan, yang juga menghalangi radiasi gelombang panjang;

2) menyusutnya es di kutub selama pemanasan, yang mengurangi albedo bumi di garis lintang yang relatif tinggi.

Semua gas rumah kaca dan ozon yang berumur panjang memberikan gaya radiasi positif (2,9 ± 0,3 W/m2). Total dampak radiasi faktor antropogenik yang terkait dengan perubahan konsentrasi seluruh gas rumah kaca dan aerosol adalah 1,6 (dari 0,6 menjadi 2,4) W/m2. Semua jenis aerosol menimbulkan efek radiasi secara langsung dan tidak langsung dengan mengubah albedo awan. Dampak total aerosol adalah negatif (–1,3 ± 0,8 W/m2). Namun, keandalan perkiraan ini jauh lebih rendah dibandingkan perkiraan gas rumah kaca (Assessment Report, 2008).

Gas rumah kaca di atmosfer yang sangat dipengaruhi oleh kegiatan ekonomi:

– karbon dioksida(CO 2) adalah gas rumah kaca yang paling penting dalam pengendalian iklim. Selama 250 tahun terakhir, telah terjadi peningkatan konsentrasi gas di atmosfer sebesar 35% yang belum pernah terjadi sebelumnya. Pada tahun 2005 berjumlah 379 juta –1;

– metana(Bab 4) merupakan gas rumah kaca terpenting kedua setelah CO 2 ; konsentrasinya meningkat 2,5 kali lipat dibandingkan masa pra industri sebesar 1774 ppb pada tahun 2005;

– dinitrogen oksida(N2O), konsentrasinya meningkat 18% pada tahun 2005 dibandingkan masa pra-industri dan berjumlah 319 miliar –1; Saat ini, sekitar 40% jumlah N 2 O yang masuk ke atmosfer disebabkan oleh kegiatan ekonomi (pupuk, peternakan, industri kimia).

Pada beras. 4.7 perjalanan waktu konsentrasi karbon dioksida disajikan ( A), metana ( B) dan dinitrogen oksida ( V) di atmosfer dan perubahannya selama 10.000 tahun terakhir dan sejak tahun 1750. Perjalanan waktu diperoleh dari pengukuran endapan es dari berbagai peneliti dan pengukuran di atmosfer. Angka tersebut jelas menunjukkan peningkatan progresif CO 2 dan gas lainnya selama era industri.

Menurut Laporan Penilaian Keempat IPCC (2007), selama era industri terjadi peningkatan signifikan dalam konsentrasi gas aktif iklim di atmosfer. Jadi, selama 250 tahun terakhir, konsentrasi karbon dioksida (CO 2) di atmosfer telah meningkat dari 280 menjadi 379 ppm (bagian per juta per unit volume). Konsentrasi gas rumah kaca di atmosfer saat ini, sebagaimana ditentukan oleh analisis gelembung udara dari inti es yang melestarikan komposisi atmosfer kuno Antartika, jauh lebih tinggi dibandingkan sebelumnya dalam 10 ribu tahun terakhir. Konsentrasi metana global di atmosfer telah meningkat dari 715 menjadi 1.774 ppb (bagian per miliar per unit volume) selama era industri. Peningkatan paling dramatis dalam konsentrasi gas rumah kaca telah diamati dalam beberapa dekade terakhir, yang mengakibatkan pemanasan atmosfer.

Jadi prosesnya pemanasan iklim modern terjadi dengan latar belakang berkelanjutan peningkatan konsentrasi gas rumah kaca, dan pertama-tama, karbon dioksida (CO 2). Dengan demikian, menurut data tahun 1999, emisi CO 2 akibat aktivitas manusia, dari pembakaran bahan bakar fosil, mencapai 6,2 miliar ton pada tahun 1996, hampir 4 kali lipat dibandingkan tahun 1950. Dari tahun 1750 hingga 2000, terjadi peningkatan konsentrasi karbon dioksida di atmosfer sebesar 31% (Perevedenttsev Yu.P., 2009).

Perjalanan waktu konsentrasi CO 2 di stasiun Teriberka Rusia (Gambar 4.8) menunjukkan bahwa rata-rata laju pertumbuhan CO 2 selama 20 tahun adalah 1,7 juta –1 per tahun dengan fluktuasi musiman yang signifikan sebesar 15 20 juta –1.

Beras. 2.8. Perjalanan waktu konsentrasi CO 2 di atmosfer di stasiun Teriberka (Semenanjung Kola) untuk periode pengamatan sejak tahun 1988. Titik dan garis menunjukkan pengukuran tunggal ( 1 ), variasi musiman yang diperhalus ( 2 ) dan tren jangka panjang ( 3 ) Konsentrasi CO 2 CO 2, ppm (OD, 2008)

Mekanisme terjadinya efek rumah kaca dijelaskan oleh perbedaan kapasitas penyerapan atmosfer terhadap radiasi matahari yang masuk ke bumi dan radiasi yang keluar dari bumi. Bumi menerima radiasi Matahari dalam spektrum pita lebar dengan panjang gelombang rata-rata sekitar 0,5 mikron, dan radiasi gelombang pendek ini hampir melewati atmosfer. Bumi mengeluarkan energi yang diterima hampir seperti benda hitam seluruhnya dalam gelombang panjang inframerah, dengan panjang gelombang rata-rata sekitar 10 mikron. Dalam kisaran ini, banyak gas (CO 2, CH 4, H 2 O, dll.) memiliki banyak pita serapan; gas-gas ini menyerap radiasi, akibatnya mereka melepaskan panas dan, sebagian besar, memanaskan atmosfer. Karbon dioksida secara intensif menyerap radiasi yang berasal dari bumi dalam kisaran 12–18 mikron dan merupakan salah satu faktor utama yang menyebabkan efek rumah kaca (Perevedentsev Yu.P., 2009).

Pemanasan iklim modern. Fakta bahwa iklim modern sedang berubah diketahui oleh semua orang, karena baik pengukuran instrumental maupun indikator alami menunjukkan satu hal: dalam beberapa dekade terakhir telah terjadi pemanasan yang signifikan pada iklim planet ini. Selama satu abad terakhir (1906–2005), jaringan meteorologi berbasis darat telah mencatat peningkatan signifikan rata-rata suhu global di permukaan bumi sebesar 0,74 °C. Perbedaan pendapat muncul ketika membahas penyebab pemanasan. Dalam Laporan Penilaian Keempat, para ahli IPCC (2007) menarik kesimpulan mengenai penyebab pemanasan yang diamati: kemungkinan terjadinya perubahan iklim selama 50 tahun terakhir tanpa pengaruh eksternal (antropogenik) dinilai sangat rendah (<5%). С высокой степенью вероятности (>90%) menyatakan bahwa perubahan yang diamati selama 50 tahun terakhir tidak hanya disebabkan oleh alam, tetapi juga oleh pengaruh luar. Dengan tingkat keyakinan >90%, laporan tersebut menyatakan bahwa peningkatan konsentrasi gas rumah kaca antropogenik bertanggung jawab atas sebagian besar pemanasan global sejak pertengahan abad ke-20.

Ada pandangan lain tentang penyebab pemanasan – faktor internal, variabilitas alam yang menyebabkan fluktuasi suhu, baik ke arah pemanasan maupun pendinginan. Jadi, dalam karya (Datsenko N.M., Monin A.S., Sonechkin D.M., 2004), para pendukung konsep ini menunjukkan bahwa periode peningkatan suhu global paling intens pada abad ke-20 (90-an) jatuh pada cabang menaik tahun 60an. fluktuasi musim panas, diidentifikasi oleh mereka dalam indeks yang mencirikan keadaan termal dan sirkulasi atmosfer. Pada saat yang sama, disarankan bahwa fluktuasi iklim modern adalah konsekuensi dari reaksi nonlinier sistem iklim terhadap pengaruh eksternal kuasi-periodik (siklus pasang surut bulan-matahari dan aktivitas matahari, siklus revolusi planet-planet terbesar di tata surya. di sekitar pusat umum, dll.) (Perevedentsev Yu.P., 2009).

Untuk pertama kalinya, pertumbuhan emisi CO 2 industri ke atmosfer dilakukan oleh H.E. Suess di awal tahun 50-an abad XX. Berdasarkan perubahan rasio karbon pada lingkaran pohon, Suess menyimpulkan bahwa karbon dioksida di atmosfer telah digantikan oleh emisi CO2 dari pembakaran bahan bakar fosil sejak paruh kedua abad ke-19. Ia menemukan bahwa rasio radioaktif C 14, yang secara konstan terbentuk di atmosfer akibat aksi partikel kosmik, terhadap C 12 yang stabil telah menurun selama seratus tahun terakhir sebagai akibat dari “pengenceran” CO 2 di atmosfer oleh aliran CO 2 dari bahan bakar fosil, yang hampir tidak mengandung C (waktu paruh C 14 sama dengan 5730 tahun). Dengan demikian, peningkatan emisi CO2 industri ke atmosfer terdeteksi berdasarkan pengukuran pada lingkaran pohon. Baru pada tahun 1958 pencatatan konsentrasi CO2 di atmosfer dimulai di stasiun Mauna Loa di Samudra Pasifik.

Beras. 4.7. Perjalanan waktu konsentrasi karbon dioksida ( A), metana ( B) dan dinitrogen oksida ( V) di atmosfer dan perubahannya selama 10.000 tahun terakhir (panel besar) dan sejak tahun 1750 (panel kecil dimasukkan ke dalamnya). Hasil pengukuran endapan es (simbol warna dan konfigurasi berbeda) dari berbagai peneliti dan pengukuran di atmosfer (kurva merah). Skala penilaian yang sesuai dengan konsentrasi dampak radiasi yang diukur ditunjukkan pada panel besar di sisi kanan (Laporan penilaian perubahan iklim dan konsekuensinya di wilayah Federasi Rusia (AR), 2008)

atmosfer bumi

Suasana(dari. Yunani Kunoἀτμός - uap dan σφαῖρα - bola) - gas kerang ( geosfer), yang mengelilingi planet ini Bumi. Permukaan bagian dalamnya meliputi hidrosfer dan sebagian kulit pohon, bagian luarnya berbatasan dengan bagian luar angkasa dekat Bumi.

Himpunan cabang ilmu fisika dan kimia yang mempelajari atmosfer biasa disebut fisika atmosfer. Suasana menentukan cuaca di permukaan bumi, mempelajari cuaca meteorologi, dan variasi jangka panjang iklim - klimatologi.

Struktur atmosfer

Struktur atmosfer

Troposfer

Batas atasnya berada pada ketinggian 8-10 km di kutub, 10-12 km di daerah beriklim sedang, dan 16-18 km di garis lintang tropis; lebih rendah di musim dingin dibandingkan di musim panas. Lapisan bawah, lapisan utama atmosfer. Mengandung lebih dari 80% total massa udara atmosfer dan sekitar 90% dari seluruh uap air yang ada di atmosfer. Di troposfer sangat berkembang pergolakan Dan konveksi, timbul awan, sedang berkembang siklon Dan antisiklon. Suhu menurun seiring bertambahnya ketinggian dengan rata-rata vertikal gradien 0,65°/100m

Berikut ini yang diterima sebagai “kondisi normal” di permukaan bumi: kepadatan 1,2 kg/m3, tekanan barometrik 101,35 kPa, suhu ditambah 20 °C dan kelembaban relatif 50%. Indikator kondisional ini murni memiliki makna rekayasa.

Stratosfir

Lapisan atmosfer yang terletak pada ketinggian 11 sampai 50 km. Ditandai dengan sedikit perubahan suhu pada lapisan 11-25 km (lapisan bawah stratosfer) dan peningkatan pada lapisan 25-40 km dari −56,5 menjadi 0,8° DENGAN(lapisan atas stratosfer atau wilayah inversi). Setelah mencapai nilai sekitar 273 K (hampir 0°C) pada ketinggian sekitar 40 km, suhu tetap konstan hingga ketinggian sekitar 55 km. Daerah yang suhunya tetap disebut stratopause dan merupakan batas antara stratosfer dan mesosfer.

Stratopause

Lapisan batas atmosfer antara stratosfer dan mesosfer. Pada distribusi suhu vertikal terdapat maksimum (sekitar 0 °C).

Mesosfer

atmosfer bumi

Mesosfer dimulai pada ketinggian 50 km dan memanjang hingga 80-90 km. Suhu menurun seiring ketinggian dengan gradien vertikal rata-rata (0,25-0,3)°/100 m Proses energi utama adalah perpindahan panas radiasi. Proses fotokimia kompleks yang melibatkan Radikal bebas, molekul yang tereksitasi secara vibrasi, dll., menyebabkan atmosfer bersinar.

Mesopause

Lapisan transisi antara mesosfer dan termosfer. Distribusi suhu vertikal minimum (sekitar -90 °C).

Jalur Karman

Ketinggian di atas permukaan laut, yang secara konvensional diterima sebagai batas antara atmosfer bumi dan ruang angkasa.

Termosfer

artikel utama: Termosfer

Batas atasnya sekitar 800 km. Suhu naik hingga ketinggian 200-300 km, mencapai nilai sekitar 1500 K, setelah itu hampir konstan hingga ketinggian. Di bawah pengaruh radiasi matahari ultraviolet dan sinar-X serta radiasi kosmik, terjadi ionisasi udara (“ aurora") - area utama ionosfir terletak di dalam termosfer. Pada ketinggian di atas 300 km, oksigen atom mendominasi.

Lapisan atmosfer hingga ketinggian 120 km

Eksosfer (bola hamburan)

Eksosfer- zona dispersi, bagian terluar termosfer, terletak di atas 700 km. Gas di eksosfer sangat langka, dan dari sini partikelnya bocor ke ruang antarplanet ( menghilangnya).

Hingga ketinggian 100 km, atmosfer merupakan campuran gas yang homogen dan tercampur dengan baik. Di lapisan yang lebih tinggi, distribusi gas berdasarkan ketinggian bergantung pada berat molekulnya; konsentrasi gas yang lebih berat berkurang lebih cepat seiring dengan bertambahnya jarak dari permukaan bumi. Karena penurunan kepadatan gas, suhu turun dari 0 °C di stratosfer menjadi −110 °C di mesosfer. Namun, energi kinetik partikel individu pada ketinggian 200-250 km setara dengan suhu ~1500 °C. Di atas 200 km, terjadi fluktuasi suhu dan kepadatan gas yang signifikan dalam ruang dan waktu.

Pada ketinggian sekitar 2000-3000 km, eksosfer secara bertahap berubah menjadi apa yang disebut dekat ruang hampa udara, yang diisi dengan partikel gas antarplanet yang sangat langka, terutama atom hidrogen. Namun gas ini hanya mewakili sebagian dari materi antarplanet. Bagian lainnya terdiri dari partikel debu yang berasal dari komet dan meteorik. Selain partikel debu yang sangat halus, radiasi elektromagnetik dan sel yang berasal dari matahari dan galaksi menembus ke dalam ruang ini.

Troposfer menyumbang sekitar 80% massa atmosfer, stratosfer - sekitar 20%; massa mesosfer tidak lebih dari 0,3%, termosfer kurang dari 0,05% total massa atmosfer. Berdasarkan sifat kelistrikannya di atmosfer, neutronosfer dan ionosfer dibedakan. Saat ini atmosfer diyakini meluas hingga ketinggian 2000-3000 km.

Tergantung pada komposisi gas di atmosfer, mereka mengeluarkannya homosfer Dan heterosfer. Heterosfer - Ini adalah area di mana gravitasi mempengaruhi pemisahan gas, karena pencampurannya pada ketinggian tersebut dapat diabaikan. Ini menyiratkan komposisi heterosfer yang bervariasi. Di bawahnya terdapat bagian atmosfer yang tercampur rata dan homogen, yang disebut homosfer. Batas antara lapisan-lapisan ini disebut jeda turbo, letaknya di ketinggian sekitar 120 km.

Properti fisik

Ketebalan atmosfer kurang lebih 2000 – 3000 km dari permukaan bumi. Massa total udara- (5.1-5.3)×10 18kg. Masa molar udara bersih kering adalah 28.966. Tekanan pada 0 °C di permukaan laut 101.325 kPa; temperatur kritis?140,7 °C; tekanan kritis 3,7 MPa; C P 1,0048×10 3 J/(kg K) (pada 0 °C), C ay 0,7159×10 3 J/(kg K) (pada 0 °C). Kelarutan udara dalam air pada 0 °C adalah 0,036%, pada 25 °C - 0,22%.

Sifat fisiologis dan sifat atmosfer lainnya

Sudah di ketinggian 5 km di atas permukaan laut, orang yang tidak terlatih berkembang kelaparan oksigen dan tanpa adaptasi, kinerja seseorang akan menurun secara signifikan. Zona fisiologis atmosfer berakhir di sini. Pernapasan manusia menjadi tidak mungkin dilakukan pada ketinggian 15 km, meskipun hingga kurang lebih 115 km atmosfer mengandung oksigen.

Atmosfer memasok kita dengan oksigen yang diperlukan untuk bernapas. Namun, karena penurunan tekanan total atmosfer, seiring bertambahnya ketinggian, tekanan parsial oksigen juga menurun.

Paru-paru manusia selalu mengandung sekitar 3 liter udara alveolar. Tekanan parsial oksigen di udara alveolar pada tekanan atmosfer normal adalah 110 mm Hg. Seni., tekanan karbon dioksida - 40 mm Hg. Seni., dan uap air - 47 mm Hg. Seni. Dengan bertambahnya ketinggian, tekanan oksigen turun, dan tekanan uap total air dan karbon dioksida di paru-paru hampir konstan - sekitar 87 mm Hg. Seni. Pasokan oksigen ke paru-paru akan berhenti total ketika tekanan udara sekitar menjadi sama dengan nilai ini.

Pada ketinggian sekitar 19-20 km, tekanan atmosfer turun menjadi 47 mm Hg. Seni. Oleh karena itu, pada ketinggian ini, air dan cairan interstisial mulai mendidih di dalam tubuh manusia. Di luar kabin bertekanan pada ketinggian tersebut, kematian terjadi hampir seketika. Jadi, dari sudut pandang fisiologi manusia, “ruang” sudah dimulai pada ketinggian 15-19 km.

Lapisan udara yang padat - troposfer dan stratosfer - melindungi kita dari efek radiasi yang merusak. Dengan penghalusan udara yang cukup, pada ketinggian lebih dari 36 km, zat pengion memiliki efek yang kuat pada tubuh. radiasi- sinar kosmik primer; Pada ketinggian lebih dari 40 km, bagian ultraviolet dari spektrum matahari berbahaya bagi manusia.

Saat kita naik ke ketinggian yang semakin tinggi di atas permukaan bumi, fenomena umum yang diamati di lapisan bawah atmosfer seperti perambatan suara, munculnya aerodinamis mengangkat dan resistensi, perpindahan panas konveksi dan sebagainya.

Di lapisan udara yang dijernihkan, distribusinya suara ternyata mustahil. Hingga ketinggian 60-90 km, hambatan udara dan gaya angkat masih dapat digunakan untuk penerbangan aerodinamis yang terkendali. Namun mulai dari ketinggian 100-130 km, konsepnya familiar bagi setiap pilot angka M Dan penghalang suara kehilangan maknanya, ada syaratnya Jalur Karman di luarnya dimulailah bidang penerbangan balistik murni, yang hanya dapat dikendalikan menggunakan gaya reaktif.

Pada ketinggian di atas 100 km, atmosfer tidak memiliki sifat luar biasa lainnya - kemampuan untuk menyerap, menghantarkan, dan mentransmisikan energi panas melalui konveksi (yaitu dengan mencampurkan udara). Artinya, berbagai elemen peralatan di stasiun luar angkasa yang mengorbit tidak akan dapat didinginkan dari luar dengan cara yang biasa dilakukan di pesawat terbang - dengan bantuan pancaran udara dan radiator udara. Pada ketinggian seperti di ruang angkasa pada umumnya, satu-satunya cara untuk mentransfer panas adalah radiasi termal.

Komposisi atmosfer

Komposisi udara kering

Atmosfer bumi sebagian besar terdiri dari gas dan berbagai kotoran (debu, tetesan air, kristal es, garam laut, hasil pembakaran).

Konsentrasi gas yang menyusun atmosfer hampir konstan, kecuali air (H 2 O) dan karbon dioksida (CO 2).

Komposisi udara kering
Nitrogen
Oksigen
Argon
Air
Karbon dioksida
Neon
Helium
metana
kripton
Hidrogen
Xenon
Nitrogen oksida

Selain gas-gas yang tertera pada tabel, atmosfer mengandung SO 2, NH 3, CO, ozon, hidrokarbon, HCl, HF, pasangan HG, saya 2 , dan juga TIDAK dan banyak gas lainnya dalam jumlah kecil. Troposfer secara konstan mengandung sejumlah besar partikel padat dan cair yang tersuspensi ( aerosol).

Sejarah pembentukan atmosfer

Menurut teori paling umum, atmosfer bumi memiliki empat komposisi berbeda dari waktu ke waktu. Awalnya terdiri dari gas ringan ( hidrogen Dan helium), ditangkap dari ruang antarplanet. Inilah yang disebut suasana primer(sekitar empat miliar tahun yang lalu). Pada tahap selanjutnya, aktivitas vulkanik aktif menyebabkan kejenuhan atmosfer dengan gas selain hidrogen (karbon dioksida, amonia, uap air). Ini adalah bagaimana hal itu terbentuk suasana sekunder(sekitar tiga miliar tahun sebelum hari ini). Suasana ini memulihkan. Selanjutnya proses pembentukan atmosfer ditentukan oleh faktor-faktor berikut:

kebocoran gas ringan (hidrogen dan helium) ke dalam ruang antarplanet;

reaksi kimia yang terjadi di atmosfer di bawah pengaruh radiasi ultraviolet, pelepasan petir dan beberapa faktor lainnya.

Lambat laun faktor-faktor ini menyebabkan terbentuknya suasana tersier, ditandai dengan kandungan hidrogen yang jauh lebih rendah dan kandungan nitrogen dan karbon dioksida yang jauh lebih tinggi (terbentuk sebagai hasil reaksi kimia dari amonia dan hidrokarbon).

Nitrogen

Terbentuknya sejumlah besar N 2 disebabkan oleh oksidasi atmosfer amonia-hidrogen oleh molekul O 2, yang mulai berasal dari permukaan planet sebagai hasil fotosintesis, mulai 3 miliar tahun yang lalu. N2 juga dilepaskan ke atmosfer sebagai akibat denitrifikasi nitrat dan senyawa lain yang mengandung nitrogen. Nitrogen dioksidasi oleh ozon menjadi NO di atmosfer bagian atas.

Nitrogen N 2 hanya bereaksi dalam kondisi tertentu (misalnya, saat terjadi pelepasan petir). Oksidasi molekul nitrogen oleh ozon selama pelepasan listrik digunakan dalam produksi industri pupuk nitrogen. Mereka dapat mengoksidasinya dengan konsumsi energi yang rendah dan mengubahnya menjadi bentuk yang aktif secara biologis. cyanobacteria (ganggang biru-hijau) dan bakteri bintil yang membentuk rhizobial simbiosis Dengan kacang-kacangan tanaman, yang disebut pupuk hijau.

Oksigen

Komposisi atmosfer mulai berubah secara radikal seiring dengan kemunculannya di Bumi organisme hidup, sebagai akibat fotosintesis disertai dengan pelepasan oksigen dan penyerapan karbon dioksida. Awalnya, oksigen dihabiskan untuk oksidasi senyawa tereduksi - amonia, hidrokarbon, bentuk nitrogen kelenjar terkandung di lautan, dll. Pada akhir tahap ini, kandungan oksigen di atmosfer mulai meningkat. Secara bertahap, suasana modern dengan sifat pengoksidasi terbentuk. Karena hal ini menyebabkan perubahan yang serius dan tiba-tiba dalam banyak proses yang terjadi di suasana, litosfer Dan lingkungan, acara ini disebut Bencana oksigen.

Selama Fanerozoikum komposisi atmosfer dan kandungan oksigen mengalami perubahan. Mereka berkorelasi terutama dengan laju pengendapan sedimen organik. Jadi, selama periode akumulasi batu bara, kandungan oksigen di atmosfer tampaknya jauh melebihi tingkat saat ini.

Karbon dioksida

Kandungan CO 2 di atmosfer bergantung pada aktivitas gunung berapi dan proses kimia di lapisan bumi, namun yang terpenting - pada intensitas biosintesis dan dekomposisi bahan organik di dalamnya. lingkungan Bumi. Hampir seluruh biomassa planet ini saat ini (sekitar 2,4 × 10 12 ton ) terbentuk karena karbon dioksida, nitrogen dan uap air yang terkandung di udara atmosfer. Terkubur di laut, V rawa-rawa dan masuk hutan bahan organik berubah menjadi batu bara, minyak Dan gas alam. (cm. Siklus karbon geokimia)

gas mulia

Sumber gas inert - argon, helium Dan kripton- letusan gunung berapi dan peluruhan unsur radioaktif. Bumi secara umum dan atmosfer pada khususnya mengalami kekurangan gas inert dibandingkan dengan ruang angkasa. Alasannya diyakini terletak pada kebocoran gas yang terus menerus ke ruang antarplanet.

Polusi udara

Belakangan ini, evolusi atmosfer mulai dipengaruhi oleh Manusia. Hasil dari aktivitasnya adalah peningkatan signifikan secara konstan kandungan karbon dioksida di atmosfer akibat pembakaran bahan bakar hidrokarbon yang terakumulasi pada era geologi sebelumnya. Sejumlah besar CO 2 dikonsumsi selama fotosintesis dan diserap oleh lautan di dunia. Gas ini masuk ke atmosfer akibat penguraian batuan karbonat dan bahan organik yang berasal dari tumbuhan dan hewan, serta akibat vulkanisme dan aktivitas industri manusia. Selama 100 tahun terakhir, kandungan CO2 di atmosfer telah meningkat sebesar 10%, dengan sebagian besar (360 miliar ton) berasal dari pembakaran bahan bakar. Jika laju pertumbuhan pembakaran bahan bakar terus berlanjut, maka dalam 50 – 60 tahun mendatang jumlah CO 2 di atmosfer akan berlipat ganda dan dapat menyebabkan perubahan iklim global.

Pembakaran bahan bakar merupakan sumber utama gas pencemar ( BERSAMA, TIDAK, JADI 2 ). Sulfur dioksida dioksidasi oleh oksigen atmosfer menjadi JADI 3 di lapisan atas atmosfer, yang pada gilirannya berinteraksi dengan air dan uap amonia, dan akibatnya asam sulfat (H 2 JADI 4 ) Dan amonium sulfat ((NH 4 ) 2 JADI 4 ) kembali ke permukaan bumi dalam bentuk yang disebut. hujan asam. Penggunaan mesin pembakaran internal menyebabkan polusi atmosfer yang signifikan dengan nitrogen oksida, hidrokarbon dan senyawa timbal ( timbal tetraetil Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Pencemaran aerosol di atmosfer disebabkan oleh penyebab alami (letusan gunung berapi, badai debu, masuknya tetesan air laut dan serbuk sari tanaman, dll.) dan aktivitas ekonomi manusia (menambang bijih dan bahan bangunan, pembakaran bahan bakar, pembuatan semen, dll. ). Pelepasan materi partikulat dalam skala besar ke atmosfer merupakan salah satu kemungkinan penyebab perubahan iklim di planet ini.

Selubung gas yang mengelilingi planet Bumi kita, yang dikenal sebagai atmosfer, terdiri dari lima lapisan utama. Lapisan-lapisan ini berasal dari permukaan planet, dari permukaan laut (kadang di bawah) dan naik ke luar angkasa dengan urutan sebagai berikut:

• Troposfer;
• Stratosfir;
• Mesosfer;
• Termosfer;
• Eksosfer.

Diagram lapisan utama atmosfer bumi

Di antara masing-masing lima lapisan utama ini terdapat zona transisi yang disebut "jeda" di mana terjadi perubahan suhu, komposisi, dan kepadatan udara. Bersamaan dengan jeda, atmosfer bumi mencakup total 9 lapisan.

Troposfer: tempat terjadinya cuaca

Dari semua lapisan atmosfer, troposfer adalah lapisan yang paling kita kenal (disadari atau tidak), karena kita hidup di dasarnya - permukaan planet. Itu menyelimuti permukaan bumi dan meluas ke atas selama beberapa kilometer. Kata troposfer berarti "perubahan dunia". Nama yang sangat tepat, karena lapisan ini merupakan tempat terjadinya cuaca kita sehari-hari.

Mulai dari permukaan planet, troposfer naik hingga ketinggian 6 hingga 20 km. Sepertiga bagian bawah lapisan, yang paling dekat dengan kita, mengandung 50% dari seluruh gas atmosfer. Ini adalah satu-satunya bagian dari seluruh atmosfer yang bernafas. Karena udara dipanaskan dari bawah oleh permukaan bumi, yang menyerap energi panas Matahari, suhu dan tekanan troposfer menurun seiring dengan bertambahnya ketinggian.

Di bagian atas terdapat lapisan tipis yang disebut tropopause, yang hanya menjadi penyangga antara troposfer dan stratosfer.

Stratosfer: rumah bagi ozon

Stratosfer adalah lapisan atmosfer selanjutnya. Membentang dari 6-20 km hingga 50 km di atas permukaan bumi. Ini adalah lapisan tempat sebagian besar pesawat komersial terbang dan balon udara melakukan perjalanan.

Di sini udara tidak mengalir naik turun, melainkan bergerak sejajar permukaan dalam arus udara yang sangat cepat. Saat Anda naik, suhu meningkat, berkat banyaknya ozon (O3) yang terbentuk secara alami, produk sampingan dari radiasi matahari dan oksigen, yang memiliki kemampuan untuk menyerap sinar ultraviolet matahari yang berbahaya (setiap peningkatan suhu seiring ketinggian dalam meteorologi dikenal). sebagai "inversi").

Karena stratosfer memiliki suhu yang lebih hangat di bagian bawah dan suhu yang lebih dingin di bagian atas, konveksi (pergerakan massa udara secara vertikal) jarang terjadi di bagian atmosfer ini. Faktanya, Anda dapat melihat badai yang mengamuk di troposfer dari stratosfer karena lapisan tersebut bertindak sebagai penutup konveksi yang mencegah penetrasi awan badai.

Setelah stratosfer terdapat lagi lapisan penyangga yang kali ini disebut stratopause.

Mesosfer: atmosfer tengah

Mesosfer terletak kurang lebih 50-80 km dari permukaan bumi. Mesosfer bagian atas adalah tempat alami terdingin di Bumi, dengan suhu bisa turun hingga di bawah -143°C.

Termosfer: atmosfer bagian atas

Setelah mesosfer dan mesopause, muncullah termosfer, yang terletak antara 80 dan 700 km di atas permukaan planet, dan mengandung kurang dari 0,01% total udara di selubung atmosfer. Suhu di sini mencapai +2000° C, namun karena sangat tipisnya udara dan kurangnya molekul gas untuk mentransfer panas, suhu tinggi ini dianggap sangat dingin.

Eksosfer: batas antara atmosfer dan ruang angkasa

Pada ketinggian sekitar 700-10.000 km di atas permukaan bumi terdapat eksosfer – tepi luar atmosfer yang berbatasan dengan ruang angkasa. Di sini satelit cuaca mengorbit Bumi.

Bagaimana dengan ionosfer?

Ionosfer bukanlah lapisan yang terpisah, namun sebenarnya istilah ini digunakan untuk menyebut atmosfer dengan ketinggian antara 60 dan 1000 km. Ini mencakup bagian paling atas dari mesosfer, seluruh termosfer dan sebagian eksosfer. Ionosfer mendapatkan namanya karena di bagian atmosfer ini radiasi Matahari terionisasi ketika melewati medan magnet bumi di dan. Fenomena ini diamati dari bumi sebagai cahaya utara.