Zemes atmosfēras sastāvs procentos. Zemes atmosfēra

Atmosfēra ir dažādu gāzu maisījums. Tas stiepjas no Zemes virsmas līdz 900 km augstumam, aizsargājot planētu no kaitīgā saules starojuma spektra, un satur gāzes, kas nepieciešamas visai dzīvībai uz planētas. Atmosfēra aiztur saules siltumu, sasildot zemes virsmu un radot labvēlīgu klimatu.

Atmosfēras sastāvs

Zemes atmosfēra sastāv galvenokārt no divām gāzēm – slāpekļa (78%) un skābekļa (21%). Turklāt tajā ir oglekļa dioksīda un citu gāzu piemaisījumi. atmosfērā tas pastāv tvaiku, mitruma pilienu veidā mākoņos un ledus kristālu veidā.

Atmosfēras slāņi

Atmosfēra sastāv no daudziem slāņiem, starp kuriem nav skaidras robežas. Dažādu slāņu temperatūras ievērojami atšķiras viena no otras.

• Bezgaisa magnetosfēra. Šeit lielākā daļa Zemes pavadoņu lido ārpus Zemes atmosfēras.
• Eksosfēra (450-500 km no virsmas). Gandrīz bez gāzes. Daži laika pavadoņi lido eksosfērā. Termosfērai (80-450 km) raksturīga augsta temperatūra, kas augšējā slānī sasniedz 1700°C.
• Mezosfēra (50-80 km). Šajā zonā temperatūra pazeminās, palielinoties augstumam. Šeit sadeg lielākā daļa meteorītu (kosmosa iežu fragmenti), kas nonāk atmosfērā.
• Stratosfēra (15-50 km). Satur ozona slāni, t.i., ozona slāni, kas absorbē Saules ultravioleto starojumu. Tas izraisa temperatūras paaugstināšanos netālu no Zemes virsmas. Reaktīvās lidmašīnas parasti lido šeit, jo Redzamība šajā slānī ir ļoti laba, un laikapstākļi gandrīz netraucē.
• Troposfēra. Augstums svārstās no 8 līdz 15 km no zemes virsmas. Tieši šeit veidojas planētas laikapstākļi, kopš gada Šajā slānī ir visvairāk ūdens tvaiku, putekļu un vēja. Temperatūra samazinās līdz ar attālumu no zemes virsmas.

Atmosfēras spiediens

Lai gan mēs to nejūtam, atmosfēras slāņi izdara spiedienu uz Zemes virsmu. Tas atrodas visaugstāk virs virsmas, un, attālinoties no tās, tas pakāpeniski samazinās. Tas ir atkarīgs no temperatūras starpības starp zemi un okeānu, un tāpēc apgabalos, kas atrodas vienādā augstumā virs jūras līmeņa, bieži ir atšķirīgs spiediens. Zems spiediens rada mitru laiku, savukārt augsts spiediens parasti nes skaidru laiku.

Gaisa masu kustība atmosfērā

Un spiediens liek atmosfēras apakšējiem slāņiem sajaukties. Tā rodas vēji, kas pūš no augsta spiediena apgabaliem uz zema spiediena apgabaliem. Daudzos reģionos vietējie vēji rodas arī sauszemes un jūras temperatūras atšķirību dēļ. Arī kalniem ir būtiska ietekme uz vēja virzienu.

Siltumnīcas efekts

Oglekļa dioksīds un citas gāzes, kas veido zemes atmosfēru, aiztur saules siltumu. Šo procesu parasti sauc par siltumnīcas efektu, jo tas daudzējādā ziņā atgādina siltuma cirkulāciju siltumnīcās. Siltumnīcas efekts izraisa globālo sasilšanu uz planētas. Augsta spiediena rajonos - anticiklonos - iestājas skaidrs saulains laiks. Zema spiediena apgabalos – ciklonos – parasti ir nestabili laikapstākļi. Siltuma un gaismas ienākšana atmosfērā. Gāzes aiztur siltumu, kas atspoguļojas no zemes virsmas, tādējādi izraisot temperatūras paaugstināšanos uz Zemes.

Stratosfērā ir īpašs ozona slānis. Ozons bloķē lielāko daļu saules ultravioletā starojuma, pasargājot no tā Zemi un visu dzīvību uz tās. Zinātnieki ir noskaidrojuši, ka ozona slāņa iznīcināšanas cēlonis ir īpašas hlorfluorogļūdeņraža dioksīda gāzes, kas atrodas dažos aerosolos un saldēšanas iekārtās. Virs Arktikas un Antarktīdas ozona slānī ir atklāti milzīgi caurumi, kas veicina ultravioletā starojuma daudzuma palielināšanos, kas ietekmē Zemes virsmu.

Ozons veidojas zemākajos atmosfēras slāņos starp saules starojumu un dažādām izplūdes gāzēm un gāzēm. Parasti tas ir izkliedēts visā atmosfērā, bet, ja zem siltā gaisa slāņa veidojas slēgts aukstā gaisa slānis, ozons koncentrējas un rodas smogs. Diemžēl tas nevar aizstāt ozona caurumos zaudēto ozonu.

Šajā satelītuzņēmumā ir skaidri redzams caurums ozona slānī virs Antarktīdas. Cauruma izmērs ir atšķirīgs, taču zinātnieki uzskata, ka tas nepārtraukti pieaug. Tiek pieliktas pūles, lai samazinātu izplūdes gāzu līmeni atmosfērā. Ir jāsamazina gaisa piesārņojums un pilsētās jāizmanto degviela bez dūmiem. Smogs daudziem cilvēkiem izraisa acu kairinājumu un nosmakšanu.

Zemes atmosfēras rašanās un evolūcija

Mūsdienu Zemes atmosfēra ir ilgstošas ​​evolūcijas attīstības rezultāts. Tas radās ģeoloģisko faktoru un organismu dzīvībai svarīgās aktivitātes kombinētas darbības rezultātā. Visā ģeoloģijas vēsturē Zemes atmosfēra ir piedzīvojusi vairākas pamatīgas izmaiņas. Balstoties uz ģeoloģiskiem datiem un teorētiskām pieņēmumiem, jaunās Zemes pirmatnējā atmosfēra, kas pastāvēja pirms aptuveni 4 miljardiem gadu, varētu sastāvēt no inertu un cēlgāzu maisījuma ar nelielu pasīvā slāpekļa piedevu (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993). Šobrīd uzskats par agrīnās atmosfēras sastāvu un struktūru ir nedaudz mainījies. Primārā atmosfēra (proto-atmosfēra) pašā agrākajā protoplanetārajā stadijā, t.i., vecāka par 4,2 miljardiem gados, varētu sastāvēt no metāna, amonjaka un oglekļa dioksīda maisījuma.Mantijas degazācijas un uz zemes virsmas notiekošo aktīvu laikapstākļu procesu rezultātā ūdens tvaiki, oglekļa savienojumi CO 2 un CO veidā, sērs un tā atmosfērā sāka nonākt savienojumi, kā arī spēcīgas halogēna skābes - HCl, HF, HI un borskābe, kuras atmosfērā papildināja metāns, amonjaks, ūdeņradis, argons un dažas citas cēlgāzes, kas atmosfērā bija ārkārtīgi plānas. Tāpēc temperatūra uz zemes virsmas bija tuvu radiācijas līdzsvara temperatūrai (A. S. Monin, 1977).

Laika gaitā primārās atmosfēras gāzes sastāvs sāka pārveidoties zemes virspusē izvirzīto iežu laikapstākļu procesu, zilaļģu un zilaļģu aktivitātes, vulkānisko procesu un saules gaismas iedarbības ietekmē. Tas noveda pie metāna sadalīšanās oglekļa dioksīdā, amonjaks par slāpekli un ūdeņradi; Oglekļa dioksīds, kas lēnām nogrima uz zemes virsmas, un slāpeklis sāka uzkrāties sekundārajā atmosfērā. Pateicoties zilaļģu dzīvībai svarīgajai aktivitātei, fotosintēzes procesā sāka veidoties skābeklis, kas tomēr sākumā galvenokārt tika iztērēts “atmosfēras gāzu, bet pēc tam iežu oksidēšanai. Tajā pašā laikā atmosfērā sāka intensīvi uzkrāties amonjaks, oksidēts līdz molekulārajam slāpeklim. Tiek pieņemts, ka ievērojams daudzums slāpekļa mūsdienu atmosfērā ir relikts. Metāns un oglekļa monoksīds tika oksidēti līdz oglekļa dioksīdam. Sērs un sērūdeņradis tika oksidēti līdz SO 2 un SO 3, kas to lielās mobilitātes un viegluma dēļ ātri tika izņemti no atmosfēras. Tādējādi atmosfēra no reducējošās atmosfēras, kāda tā bija arhejā un agrīnajā proterozojā, pakāpeniski pārvērtās par oksidējošu.

Oglekļa dioksīds atmosfērā nokļuva gan metāna oksidēšanās rezultātā, gan mantijas degazācijas un iežu dēdēšanas rezultātā. Gadījumā, ja atmosfērā saglabātos viss visas Zemes vēsturē izdalītais oglekļa dioksīds, tā daļējais spiediens šobrīd varētu kļūt tāds pats kā uz Veneras (O. Sorokhtins, S. A. Ušakovs, 1991). Bet uz Zemes darbojās apgrieztais process. Ievērojama daļa no atmosfēras oglekļa dioksīda tika izšķīdināta hidrosfērā, kurā hidrobionti to izmantoja, veidojot čaulas, un biogēni pārveidoja karbonātos. Pēc tam no tiem izveidojās biezi ķīmisko un organogēno karbonātu slāņi.

Skābeklis atmosfērā iekļuva no trim avotiem. Ilgu laiku, sākot no Zemes parādīšanās brīža, tā tika atbrīvota mantijas degazācijas laikā un galvenokārt tika iztērēta oksidācijas procesiem.Vēl viens skābekļa avots bija ūdens tvaiku fotodisociācija ar cieto ultravioleto saules starojumu. Izskati; brīvais skābeklis atmosfērā izraisīja vairuma prokariotu nāvi, kas dzīvoja reducējošos apstākļos. Prokariotu organismi mainīja savas dzīvotnes. Viņi atstāja Zemes virsmu tās dziļumos un apgabalos, kur joprojām saglabājās atjaunošanās apstākļi. Tos nomainīja eikarioti, kas sāka enerģētiski pārveidot oglekļa dioksīdu skābeklī.

Arhejas laikā un ievērojamā proterozoja daļā gandrīz viss skābeklis, kas radās gan abiogēnā, gan biogēnā veidā, galvenokārt tika iztērēts dzelzs un sēra oksidēšanai. Proterozoika beigās viss metāliskais divvērtīgais dzelzs, kas atrodas uz zemes virsmas, vai nu oksidējās, vai arī pārcēlās uz zemes kodolu. Tas izraisīja skābekļa daļējā spiediena izmaiņas agrīnā proterozoiskā atmosfērā.

Proterozoika vidū skābekļa koncentrācija atmosfērā sasniedza žūrijas punktu un sasniedza 0,01% no mūsdienu līmeņa. Sākot ar šo laiku, atmosfērā sāka uzkrāties skābeklis un, iespējams, jau Riphean beigās tā saturs sasniedza Pastēra punktu (0,1% no mūsdienu līmeņa). Iespējams, ka ozona slānis parādījās vendiešu periodā un nekad nav pazudis.

Brīvā skābekļa parādīšanās zemes atmosfērā stimulēja dzīvības evolūciju un izraisīja jaunu formu rašanos ar progresīvāku vielmaiņu. Ja agrāk eikariotu vienšūnu aļģēm un cianejai, kas parādījās proterozoika sākumā, skābekļa saturs ūdenī bija tikai 10–3 no tā mūsdienu koncentrācijas, tad līdz ar neskeleta metazoju parādīšanos agrā vendijas beigās, i., pirms aptuveni 650 miljoniem gadu, skābekļa koncentrācijai atmosfērā vajadzētu būt ievērojami augstākai. Galu galā Metazoa izmantoja skābekļa elpošanu, un tas prasīja, lai skābekļa daļējais spiediens sasniegtu kritisko līmeni - Pastēra punktu. Šajā gadījumā anaerobās fermentācijas process tika aizstāts ar enerģētiski daudzsološāku un progresīvāku skābekļa metabolismu.

Pēc tam diezgan ātri notika skābekļa tālāka uzkrāšanās zemes atmosfērā. Progresīvais zilaļģu apjoma pieaugums veicināja dzīvnieku pasaules dzīvības uzturēšanai nepieciešamā skābekļa līmeņa sasniegšanu atmosfērā. Zināma skābekļa satura stabilizēšanās atmosfērā notika no brīža, kad augi sasniedza zemi - aptuveni pirms 450 miljoniem gadu. Augu parādīšanās uz zemes, kas notika Silūra periodā, noveda pie skābekļa līmeņa galīgās stabilizēšanās atmosfērā. Kopš tā laika tā koncentrācija sāka svārstīties diezgan šaurās robežās, nekad nepārsniedzot dzīvības pastāvēšanas robežas. Kopš ziedaugu parādīšanās skābekļa koncentrācija atmosfērā ir pilnībā stabilizējusies. Šis notikums notika krīta perioda vidū, t.i. apmēram pirms 100 miljoniem gadu.

Lielākā daļa slāpekļa veidojās Zemes attīstības sākumposmā, galvenokārt amonjaka sadalīšanās dēļ. Līdz ar organismu parādīšanos sākās atmosfēras slāpekļa saistīšanās process organiskajās vielās un apglabāšana jūras nogulumos. Pēc tam, kad organismi sasniedza zemi, slāpeklis sāka aprakt kontinentālajos nogulumos. Brīvā slāpekļa pārstrādes procesi īpaši pastiprinājās līdz ar sauszemes augu parādīšanos.

Kriptozoja un fanerozoja mijā, t.i., pirms aptuveni 650 miljoniem gadu, oglekļa dioksīda saturs atmosfērā samazinājās līdz procenta desmitdaļām, un saturu, kas tuvu mūsdienu līmenim, tas sasniedza tikai nesen, aptuveni 10-20 miljonus gadu. pirms.

Tādējādi atmosfēras gāzu sastāvs ne tikai nodrošināja organismu dzīves telpu, bet arī noteica to dzīves aktivitātes īpatnības un veicināja apmešanos un evolūciju. Jaunie organismiem labvēlīgie atmosfēras gāzu sastāva sadalījuma traucējumi gan kosmisku, gan planētu iemeslu dēļ izraisīja organiskās pasaules masveida izzušanu, kas vairākkārt notika kriptozoja laikā un noteiktās fanerozoja vēstures robežās.

Atmosfēras etnosfēriskās funkcijas

Zemes atmosfēra nodrošina nepieciešamās vielas, enerģiju un nosaka vielmaiņas procesu virzienu un ātrumu. Mūsdienu atmosfēras gāzes sastāvs ir optimāls dzīvības pastāvēšanai un attīstībai. Atmosfērai, kas ir vieta, kur veidojas laikapstākļi un klimats, ir jārada ērti apstākļi cilvēku, dzīvnieku un veģetācijas dzīvei. Atmosfēras gaisa kvalitātes un laika apstākļu novirzes vienā vai otrā virzienā rada ekstrēmus apstākļus floras un faunas, arī cilvēku, dzīvībai.

Zemes atmosfēra ne tikai nodrošina apstākļus cilvēces pastāvēšanai, bet ir galvenais faktors etnosfēras evolūcijā. Tajā pašā laikā tas izrādās enerģijas un izejvielu resurss ražošanai. Kopumā atmosfēra ir cilvēka veselību saudzējošs faktors, un atsevišķas teritorijas fizikāli ģeogrāfisko apstākļu un atmosfēras gaisa kvalitātes dēļ kalpo kā atpūtas zonas un ir teritorijas, kas paredzētas sanatorijas-kūrorta ārstēšanai un cilvēku atpūtai. Tādējādi atmosfēra ir estētiskas un emocionālas ietekmes faktors.

Atmosfēras etnosfēras un tehnosfēras funkcijas, kas definētas pavisam nesen (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), prasa neatkarīgu un padziļinātu izpēti. Tādējādi atmosfēras enerģētisko funkciju izpēte ir ļoti aktuāla gan no vidi bojājošu procesu rašanās un darbības viedokļa, gan no ietekmes uz cilvēku veselību un labklājību. Šajā gadījumā runa ir par ciklonu un anticiklonu enerģiju, atmosfēras virpuļiem, atmosfēras spiedienu un citām ekstremālām atmosfēras parādībām, kuru efektīva izmantošana veicinās veiksmīgu alternatīvu enerģijas avotu, kas nepiesārņo vidi, iegūšanas problēmas risinājumu. vidi. Galu galā gaisa vide, it īpaši tā daļa, kas atrodas virs Pasaules okeāna, ir zona, kurā izdalās kolosāls brīvās enerģijas daudzums.

Piemēram, ir konstatēts, ka vidēja stipruma tropiskie cikloni vienas dienas laikā izdala enerģiju, kas līdzvērtīga 500 tūkstošu atombumbu enerģijai, kas nomestas uz Hirosimu un Nagasaki. 10 dienu laikā pēc šāda ciklona pastāvēšanas tiek atbrīvots pietiekami daudz enerģijas, lai apmierinātu visas tādas valsts kā ASV enerģijas vajadzības 600 gadus.

Pēdējos gados ir izdots liels skaits dabaszinātnieku darbu, kas vienā vai otrā veidā aplūko dažādus darbības aspektus un atmosfēras ietekmi uz zemes procesiem, kas liecina par starpdisciplināro mijiedarbību pastiprināšanos mūsdienu dabaszinātnēs. Tajā pašā laikā izpaužas atsevišķu tās virzienu integrējošā loma, starp kurām jāatzīmē funkcionāli ekoloģiskais virziens ģeoekoloģijā.

Šis virziens stimulē dažādu ģeosfēru ekoloģisko funkciju un planetāro lomu analīzi un teorētisku vispārināšanu, un tas savukārt ir svarīgs priekšnoteikums metodoloģijas un zinātnisko pamatu izstrādei mūsu planētas holistiskajai izpētei, racionālai izmantošanai un aizsardzībai. savus dabas resursus.

Zemes atmosfēra sastāv no vairākiem slāņiem: troposfēras, stratosfēras, mezosfēras, termosfēras, jonosfēras un eksosfēras. Troposfēras augšpusē un stratosfēras apakšā atrodas ar ozonu bagātināts slānis, ko sauc par ozona vairogu. Ir konstatēti noteikti (ikdienas, sezonas, gada utt.) ozona izplatības modeļi. Kopš tās rašanās atmosfēra ir ietekmējusi planētu procesu gaitu. Atmosfēras primārais sastāvs bija pavisam citāds nekā šobrīd, taču laika gaitā molekulārā slāpekļa īpatsvars un loma stabili pieauga, pirms aptuveni 650 miljoniem gadu parādījās brīvais skābeklis, kura daudzums nepārtraukti pieauga, bet oglekļa dioksīda koncentrācija. attiecīgi samazinājās. Atmosfēras augstā mobilitāte, gāzu sastāvs un aerosolu klātbūtne nosaka tās izcilo lomu un aktīvo līdzdalību dažādos ģeoloģiskos un biosfēras procesos. Atmosfērai ir liela nozīme saules enerģijas pārdalē un katastrofālu dabas parādību un katastrofu attīstībā. Atmosfēras virpuļi – tornado (tornado), viesuļvētras, taifūni, cikloni un citas parādības negatīvi ietekmē organisko pasauli un dabas sistēmas. Galvenie piesārņojuma avoti līdzās dabas faktoriem ir dažādi cilvēka saimnieciskās darbības veidi. Antropogēnā ietekme uz atmosfēru izpaužas ne tikai kā dažādu aerosolu un siltumnīcefekta gāzu parādīšanās, bet arī ūdens tvaiku daudzuma palielināšanās, un izpaužas kā smoga un skābo lietus. Siltumnīcefekta gāzes maina zemes virsmas temperatūras režīmu, dažu gāzu emisijas samazina ozona slāņa tilpumu un veicina ozona caurumu veidošanos. Zemes atmosfēras etnosfēriskā loma ir liela.

Atmosfēras loma dabas procesos

Virszemes atmosfēra savā starpstāvoklī starp litosfēru un kosmosu un gāzu sastāvu rada apstākļus organismu dzīvībai. Tajā pašā laikā iežu laikapstākļi un iznīcināšanas intensitāte, plastiskā materiāla pārnešana un uzkrāšanās ir atkarīga no nokrišņu daudzuma, rakstura un biežuma, no vēja biežuma un stipruma un īpaši no gaisa temperatūras. Atmosfēra ir galvenā klimata sistēmas sastāvdaļa. Gaisa temperatūra un mitrums, mākoņainība un nokrišņi, vējš – tas viss raksturo laikapstākļus, t.i., nepārtraukti mainīgo atmosfēras stāvokli. Tajā pašā laikā šīs pašas sastāvdaļas raksturo klimatu, t.i., vidējo ilgtermiņa laikapstākļu režīmu.

Gāzu sastāvs, mākoņu klātbūtne un dažādi piemaisījumi, ko sauc par aerosola daļiņām (pelni, putekļi, ūdens tvaiku daļiņas), nosaka saules starojuma caurlaidības īpašības atmosfērā un novērš Zemes termiskā starojuma izplūšanu. kosmosā.

Zemes atmosfēra ir ļoti mobila. Tajā notiekošie procesi un izmaiņas gāzes sastāvā, biezumā, duļķainībā, caurspīdīgumā un noteiktu aerosola daļiņu klātbūtne tajā ietekmē gan laikapstākļus, gan klimatu.

Dabas procesu darbību un virzienu, kā arī dzīvību un darbību uz Zemes nosaka saules starojums. Tas nodrošina 99,98% siltuma, kas tiek piegādāts zemes virsmai. Katru gadu tas sastāda 134 * 10 19 kcal. Šādu siltuma daudzumu var iegūt, sadedzinot 200 miljardus tonnu ogļu. Ūdeņraža rezerves, kas rada šo kodoltermiskās enerģijas plūsmu Saules masā, pietiks vēl vismaz 10 miljardus gadu, t.i., divreiz ilgāku laiku, nekā pastāv mūsu planēta un pati.

Apmēram 1/3 no kopējā saules enerģijas daudzuma, kas nonāk pie atmosfēras augšējās robežas, atstarojas atpakaļ kosmosā, 13% absorbē ozona slānis (ieskaitot gandrīz visu ultravioleto starojumu). 7% - pārējā atmosfēra un tikai 44% sasniedz zemes virsmu. Kopējais Saules starojums, kas dienā sasniedz Zemi, ir vienāds ar enerģiju, ko cilvēce saņēma visu veidu degvielas sadedzināšanas rezultātā pēdējā tūkstošgadē.

Saules starojuma izplatības daudzums un raksturs uz zemes virsmas ir cieši atkarīgs no mākoņainības un atmosfēras caurspīdīguma. Izkliedētā starojuma daudzumu ietekmē Saules augstums virs horizonta, atmosfēras caurspīdīgums, ūdens tvaiku saturs, putekļi, kopējais oglekļa dioksīda daudzums u.c.

Maksimālais izkliedētā starojuma daudzums sasniedz polāros apgabalus. Jo zemāk Saule atrodas virs horizonta, jo mazāk siltuma nonāk noteiktā reljefa zonā.

Liela nozīme ir atmosfēras caurspīdīgumam un mākoņainībai. Mākoņainā vasaras dienā parasti ir vēsāks nekā skaidrā, jo dienas mākoņainība kavē zemes virsmas sasilšanu.

Atmosfēras putekļainībai ir liela nozīme siltuma sadalē. Tajā atrodamās smalki izkliedētās cietās putekļu un pelnu daļiņas, kas ietekmē tā caurspīdīgumu, negatīvi ietekmē saules starojuma izplatīšanos, kura lielākā daļa tiek atspoguļota. Smalkās daļiņas atmosfērā nonāk divos veidos: vai nu pelni, kas izdalās vulkāna izvirdumu laikā, vai tuksneša putekļi, ko vēji nes no sausajiem tropu un subtropu reģioniem. Īpaši daudz šādu putekļu veidojas sausuma laikā, kad siltā gaisa straumes tos aiznes atmosfēras augšējos slāņos un var tur uzturēties ilgu laiku. Pēc Krakatoa vulkāna izvirduma 1883. gadā atmosfērā desmitiem kilometru izmesti putekļi stratosfērā saglabājās aptuveni 3 gadus. 1985. gada Elšišonas vulkāna (Meksika) izvirduma rezultātā putekļi sasniedza Eiropu, un tāpēc nedaudz pazeminājās virsmas temperatūra.

Zemes atmosfērā ir mainīgs ūdens tvaiku daudzums. Absolūtā izteiksmē pēc svara vai tilpuma tā daudzums svārstās no 2 līdz 5%.

Ūdens tvaiki, tāpat kā oglekļa dioksīds, uzlabo siltumnīcas efektu. Mākoņos un miglā, kas rodas atmosfērā, notiek savdabīgi fizikāli ķīmiski procesi.

Galvenais ūdens tvaiku avots atmosfērā ir Pasaules okeāna virsma. No tā ik gadu iztvaiko ūdens slānis, kura biezums ir no 95 līdz 110 cm.Daļa mitruma pēc kondensācijas atgriežas okeānā, bet otru gaisa straumes virza uz kontinentiem. Mainīga mitra klimata apgabalos nokrišņi mitrina augsni, bet mitrā klimatā veido gruntsūdeņu rezerves. Tādējādi atmosfēra ir mitruma akumulators un nokrišņu rezervuārs. un miglas, kas veidojas atmosfērā, nodrošina augsnes segumu mitrumu un tādējādi spēlē izšķirošu lomu floras un faunas attīstībā.

Atmosfēras mobilitātes dēļ atmosfēras mitrums tiek sadalīts pa zemes virsmu. To raksturo ļoti sarežģīta vēju un spiediena sadalījuma sistēma. Sakarā ar to, ka atmosfēra atrodas nepārtrauktā kustībā, vēja plūsmu un spiediena sadalījuma raksturs un mērogs pastāvīgi mainās. Aprites mērogs svārstās no mikrometeoroloģiskām, kuru izmērs ir tikai daži simti metru, līdz globālam mērogam, kas pārsniedz vairākus desmitus tūkstošu kilometru. Milzīgi atmosfēras virpuļi piedalās liela mēroga gaisa straumju sistēmu veidošanā un nosaka vispārējo atmosfēras cirkulāciju. Turklāt tie ir katastrofālu atmosfēras parādību avoti.

Laikapstākļu un klimatisko apstākļu izplatība un dzīvās vielas funkcionēšana ir atkarīga no atmosfēras spiediena. Ja atmosfēras spiediens svārstās nelielās robežās, tam nav izšķirošas nozīmes cilvēku labklājībā un dzīvnieku uzvedībā un neietekmē augu fizioloģiskās funkcijas. Spiediena izmaiņas parasti ir saistītas ar frontālām parādībām un laikapstākļu izmaiņām.

Atmosfēras spiedienam ir būtiska nozīme vēja veidošanā, kas, būdams reljefu veidojošs faktors, spēcīgi ietekmē dzīvnieku un augu pasauli.

Vējš var nomākt augu augšanu un tajā pašā laikā veicināt sēklu pārnesi. Vēja loma laika un klimata apstākļu veidošanā ir liela. Tas darbojas arī kā jūras straumju regulators. Vējš kā viens no eksogēniem faktoriem veicina laika apstākļu ietekmējamā materiāla eroziju un deflāciju lielos attālumos.

Atmosfēras procesu ekoloģiskā un ģeoloģiskā loma

Atmosfēras caurspīdīguma samazināšanās aerosola daļiņu un cieto putekļu parādīšanās dēļ ietekmē saules starojuma izplatību, palielinot albedo jeb atstarošanas spēju. Dažādas ķīmiskas reakcijas, kas izraisa ozona sadalīšanos un "pērļu" mākoņu veidošanos, kas sastāv no ūdens tvaikiem, noved pie tāda paša rezultāta. Globālās atstarošanas izmaiņas, kā arī izmaiņas atmosfēras gāzēs, galvenokārt siltumnīcefekta gāzēs, ir atbildīgas par klimata pārmaiņām.

Nevienmērīga karsēšana, kas izraisa atmosfēras spiediena atšķirības dažādās zemes virsmas daļās, izraisa atmosfēras cirkulāciju, kas ir troposfēras pazīme. Kad rodas spiediena atšķirības, gaiss plūst no augsta spiediena zonām uz zema spiediena zonām. Šīs gaisa masu kustības kopā ar mitrumu un temperatūru nosaka galvenās atmosfēras procesu ekoloģiskās un ģeoloģiskās iezīmes.

Atkarībā no ātruma vējš veic dažādus ģeoloģiskos darbus uz zemes virsmas. Ar ātrumu 10 m/s tas krata resnos koku zarus, paceļot un transportējot putekļus un smalkas smiltis; lauž koku zarus ar ātrumu 20 m/s, ved smiltis un granti; ar ātrumu 30 m/s (vētra) norauj māju jumtus, izrauj kokus, lauž stabus, pārvieto oļus un nes sīkus šķembas, savukārt viesuļvētras vējš ar ātrumu 40 m/s iznīcina mājas, lauž un nojauc elektroenerģiju līniju stabi, izrauj lielus kokus.

Squals un tornado (tornado) - atmosfēras virpuļi, kas rodas siltajā sezonā spēcīgās atmosfēras frontēs, ar ātrumu līdz 100 m/s, rada lielu negatīvu ietekmi uz vidi ar katastrofālām sekām. Squalles ir horizontāli virpuļi ar viesuļvētru ātrumu (līdz 60-80 m/s). Tos bieži pavada spēcīgas lietusgāzes un pērkona negaiss, kas ilgst no vairākām minūtēm līdz pusstundai. Squasi aptver apgabalus līdz 50 km platumā un pārvietojas 200-250 km attālumā. Vētra Maskavā un Maskavas apgabalā 1998. gadā sabojāja daudzu māju jumtus un nogāza kokus.

Tornado, ko Ziemeļamerikā sauc par viesuļvētru, ir spēcīgi piltuves formas atmosfēras virpuļi, kas bieži saistīti ar negaisa mākoņiem. Tās ir vidū sašaurinošas gaisa kolonnas ar diametru no vairākiem desmitiem līdz simtiem metru. Tornado ir piltuves izskats, ļoti līdzīgs ziloņa stumbram, kas nolaižas no mākoņiem vai paceļas no zemes virsmas. Ar spēcīgu retināšanu un lielu rotācijas ātrumu tornado pārvietojas līdz pat vairākiem simtiem kilometru, ievelkot putekļus, ūdeni no rezervuāriem un dažādiem objektiem. Spēcīgus viesuļvētrus pavada pērkona negaiss, lietus un tiem ir liels postošais spēks.

Tornado reti sastopami subpolārajos vai ekvatoriālajos reģionos, kur pastāvīgi ir auksts vai karsts. Atklātajā okeānā ir maz viesuļvētru. Tornado notiek Eiropā, Japānā, Austrālijā, ASV, un Krievijā tie ir īpaši izplatīti Centrālajā Melnzemes reģionā, Maskavas, Jaroslavļas, Ņižņijnovgorodas un Ivanovas apgabalos.

Tornado paceļ un pārvieto automašīnas, mājas, ratiņus un tiltus. Īpaši postoši tornado ir vērojami ASV. Katru gadu notiek no 450 līdz 1500 viesuļvētru ar vidējo nāves gadījumu skaitu aptuveni 100 cilvēku. Tornado ir ātras darbības katastrofāli atmosfēras procesi. Tie veidojas tikai 20-30 minūtēs, un to kalpošanas laiks ir 30 minūtes. Tāpēc ir gandrīz neiespējami paredzēt viesuļvētru laiku un vietu.

Citi postoši, bet ilgstoši atmosfēras virpuļi ir cikloni. Tie veidojas spiediena starpības dēļ, kas noteiktos apstākļos veicina gaisa plūsmu apļveida kustības rašanos. Atmosfēras virpuļi rodas ap spēcīgām mitra silta gaisa plūsmām un griežas lielā ātrumā pulksteņrādītāja virzienā dienvidu puslodē un pretēji pulksteņrādītāja virzienam ziemeļu puslodē. Cikloni, atšķirībā no viesuļvētrām, rodas virs okeāniem un rada postošo ietekmi pār kontinentiem. Galvenie postošie faktori ir stiprs vējš, intensīvi nokrišņi sniegputeņa veidā, lietusgāzes, krusa un plūdi. Vējš ar ātrumu 19 - 30 m/s veido vētru, 30 - 35 m/s - vētru, bet vairāk nekā 35 m/s - viesuļvētru.

Tropu ciklonu – viesuļvētru un taifūnu – vidējais platums ir vairāki simti kilometru. Vēja ātrums ciklona iekšienē sasniedz viesuļvētras spēku. Tropu cikloni ilgst no vairākām dienām līdz vairākām nedēļām, pārvietojoties ar ātrumu no 50 līdz 200 km/h. Vidējo platuma grādu cikloniem ir lielāks diametrs. To šķērseniskie izmēri svārstās no tūkstoš līdz vairākiem tūkstošiem kilometru, un vēja ātrums ir vētrains. Tie pārvietojas ziemeļu puslodē no rietumiem, un tos pavada krusa un sniegputenis, kam ir katastrofāls raksturs. Upuru skaita un nodarīto postījumu ziņā cikloni un ar tiem saistītās viesuļvētras un taifūni ir lielākās dabas atmosfēras parādības pēc plūdiem. Āzijas blīvi apdzīvotās vietās viesuļvētru izraisīto upuru skaits ir tūkstošos. 1991. gadā Bangladešā viesuļvētras laikā, kas izraisīja 6 m augstu jūras viļņu veidošanos, gāja bojā 125 tūkstoši cilvēku. Taifūni nodara lielus postījumus ASV. Tajā pašā laikā iet bojā desmitiem un simtiem cilvēku. Rietumeiropā viesuļvētras nodara mazāk postījumu.

Pērkona negaiss tiek uzskatīts par katastrofālu atmosfēras parādību. Tie rodas, kad ļoti ātri paceļas silts, mitrs gaiss. Uz tropu un subtropu joslu robežas pērkona negaiss notiek 90-100 dienas gadā, mērenajā joslā 10-30 dienas. Mūsu valstī visvairāk pērkona negaisu notiek Ziemeļkaukāzā.

Pērkona negaiss parasti ilgst mazāk nekā stundu. Īpaši bīstamas ir intensīvas lietusgāzes, krusa, zibens spērieni, vēja brāzmas un vertikālas gaisa straumes. Krusas bīstamību nosaka krusas akmeņu lielums. Ziemeļkaukāzā krusas masa reiz sasniedza 0,5 kg, bet Indijā tika reģistrētas 7 kg smagas krusas. Mūsu valsts pilsētbīstamākās teritorijas atrodas Ziemeļkaukāzā. 1992. gada jūlijā krusa sabojāja 18 lidmašīnas Mineralnye Vody lidostā.

Pie bīstamām atmosfēras parādībām pieder zibens. Tie nogalina cilvēkus, mājlopus, izraisa ugunsgrēkus un bojā elektrotīklu. Katru gadu no pērkona negaisiem un to sekām visā pasaulē mirst aptuveni 10 000 cilvēku. Turklāt dažos Āfrikas, Francijas un ASV apgabalos zibens upuru skaits ir lielāks nekā citās dabas parādībās. Ikgadējie pērkona negaisu radītie ekonomiskie zaudējumi ASV ir vismaz 700 miljoni dolāru.

Sausums ir raksturīgs tuksneša, stepju un mežstepju reģioniem. Nokrišņu trūkums izraisa augsnes izžūšanu, gruntsūdeņu un rezervuāru līmeņa pazemināšanos, līdz tie pilnībā izžūst. Mitruma trūkums izraisa veģetācijas un labības nāvi. Sausums ir īpaši nopietns Āfrikā, Tuvajos un Tuvajos Austrumos, Vidusāzijā un Ziemeļamerikas dienvidos.

Sausums maina cilvēku dzīves apstākļus un nelabvēlīgi ietekmē dabisko vidi tādu procesu dēļ kā augsnes sāļošanās, sausi vēji, putekļu vētras, augsnes erozija un mežu ugunsgrēki. Ugunsgrēki ir īpaši smagi sausuma laikā taigas reģionos, tropu un subtropu mežos un savannās.

Sausums ir īslaicīgi procesi, kas ilgst vienu sezonu. Ja sausums ilgst vairāk nekā divas sezonas, pastāv bada un masveida mirstības draudi. Parasti sausums ietekmē vienas vai vairāku valstu teritoriju. Īpaši bieži ilgstošs sausums ar traģiskām sekām notiek Āfrikas Sāhelas reģionā.

Atmosfēras parādības, piemēram, sniegputeņi, īslaicīgas spēcīgas lietusgāzes un ilgstošas ​​ilgstošas ​​lietusgāzes rada lielus postījumus. Sniegputenis izraisa masīvas lavīnas kalnos, un strauja kritušā sniega kušana un ilgstošas ​​lietusgāzes izraisa plūdus. Milzīgā ūdens masa, kas nokrīt uz zemes virsmas, īpaši apgabalos bez kokiem, izraisa smagu augsnes eroziju. Notiek intensīva noteku siju sistēmu izaugsme. Plūdi rodas lielu plūdu rezultātā stipru nokrišņu vai liela ūdens daudzuma periodos pēc pēkšņas sasilšanas vai pavasara sniega kušanas, un tāpēc tie pēc izcelsmes ir atmosfēras parādības (tās ir apskatītas nodaļā par hidrosfēras ekoloģisko lomu).

Antropogēnas atmosfēras izmaiņas

Pašlaik ir daudz dažādu antropogēno avotu, kas rada gaisa piesārņojumu un izraisa nopietnus ekoloģiskā līdzsvara traucējumus. Mēroga ziņā vislielākā ietekme uz atmosfēru ir diviem avotiem: transportam un rūpniecībai. Transports vidēji veido aptuveni 60% no kopējā atmosfēras piesārņojuma, rūpniecība - 15, siltumenerģija - 15, sadzīves un rūpniecības atkritumu iznīcināšanas tehnoloģijas - 10%.

Transports atkarībā no izmantotās degvielas un oksidētāju veidiem atmosfērā izdala slāpekļa oksīdus, sēru, oglekļa oksīdus un dioksīdus, svinu un tā savienojumus, kvēpus, benzopirēnu (viela no policiklisko aromātisko ogļūdeņražu grupas, kas ir spēcīga kancerogēns, kas izraisa ādas vēzi).

Rūpniecība atmosfērā izdala sēra dioksīdu, oglekļa oksīdus un dioksīdus, ogļūdeņražus, amonjaku, sērūdeņradi, sērskābi, fenolu, hloru, fluoru un citus ķīmiskos savienojumus. Bet starp emisijām dominējošo vietu (līdz 85%) ieņem putekļi.

Piesārņojuma rezultātā mainās atmosfēras caurspīdīgums, izraisot aerosolus, smogu un skābos lietus.

Aerosoli ir izkliedētas sistēmas, kas sastāv no cietām daļiņām vai šķidruma pilieniem, kas suspendēti gāzveida vidē. Disperģētās fāzes daļiņu izmērs parasti ir 10 -3 -10 -7 cm.Atkarībā no izkliedētās fāzes sastāva aerosolus iedala divās grupās. Viens no tiem ietver aerosolus, kas sastāv no cietām daļiņām, kas izkliedētas gāzveida vidē, otrs ietver aerosolus, kas ir gāzveida un šķidrās fāzes maisījums. Pirmos sauc par dūmiem, bet pēdējos - par miglu. To veidošanās procesā liela nozīme ir kondensācijas centriem. Kā kondensācijas kodoli darbojas vulkāniskie pelni, kosmiskie putekļi, rūpniecisko izmešu produkti, dažādas baktērijas u.c.. Iespējamo koncentrācijas kodolu avotu skaits nepārtraukti pieaug. Tā, piemēram, sausu zāli iznīcinot ugunsgrēkā 4000 m 2 platībā, veidojas vidēji 11 * 10 22 aerosola kodoli.

Aerosoli sāka veidoties no brīža, kad parādījās mūsu planēta un ietekmēja dabiskos apstākļus. Tomēr to daudzums un darbība, sabalansēta ar vispārējo vielu ciklu dabā, neizraisīja dziļas vides izmaiņas. To veidošanās antropogēnie faktori šo līdzsvaru ir novirzījuši uz būtiskām biosfēras pārslodzēm. Šī īpašība ir īpaši pamanāma, kopš cilvēce sāka izmantot īpaši radītus aerosolus gan toksisku vielu veidā, gan augu aizsardzībai.

Veģetācijai visbīstamākie ir sēra dioksīda, fluorūdeņraža un slāpekļa aerosoli. Saskaroties ar mitru lapu virsmu, tās veido skābes, kas kaitīgi ietekmē dzīvās būtnes. Skābes miglas kopā ar ieelpoto gaisu nonāk dzīvnieku un cilvēku elpošanas orgānos un agresīvi iedarbojas uz gļotādām. Daži no tiem sadala dzīvos audus, un radioaktīvie aerosoli izraisa vēzi. Starp radioaktīvajiem izotopiem Sg 90 ir īpaši bīstams ne tikai ar savu kancerogenitāti, bet arī kā kalcija analogs, aizstājot to organismu kaulos, izraisot to sadalīšanos.

Kodolsprādzienu laikā atmosfērā veidojas radioaktīvi aerosola mākoņi. Mazas daļiņas ar rādiusu 1 - 10 mikroni nokrīt ne tikai troposfēras augšējos slāņos, bet arī stratosfērā, kur tās var palikt ilgu laiku. Aerosola mākoņi veidojas arī rūpniecisko iekārtu, kas ražo kodoldegvielu, reaktoru darbības laikā, kā arī avāriju rezultātā atomelektrostacijās.

Smogs ir aerosolu maisījums ar šķidrām un cietām izkliedētām fāzēm, kas veido miglainu priekškaru virs industriālajiem rajoniem un lielām pilsētām.

Ir trīs veidu smogs: ledus, mitrs un sauss. Ledus smogu sauc par Aļaskas smogu. Tas ir gāzveida piesārņotāju kombinācija, pievienojot putekļu daļiņas un ledus kristālus, kas rodas, kad sasalst miglas un tvaika pilieni no apkures sistēmām.

Slapjo smogu jeb Londonas tipa smogu dažreiz sauc par ziemas smogu. Tas ir gāzveida piesārņotāju (galvenokārt sēra dioksīda), putekļu daļiņu un miglas pilienu maisījums. Meteoroloģiskais priekšnoteikums ziemas smoga parādīšanās ir bezvēja laiks, kurā virs aukstā gaisa zemes slāņa (zem 700 m) atrodas siltā gaisa slānis. Šajā gadījumā notiek ne tikai horizontāla, bet arī vertikāla apmaiņa. Piesārņotāji, kas parasti izkliedēti augstos slāņos, šajā gadījumā uzkrājas virsmas slānī.

Sausais smogs rodas vasarā, un to bieži sauc par Losandželosas tipa smogu. Tas ir ozona, oglekļa monoksīda, slāpekļa oksīdu un skābes tvaiku maisījums. Šāds smogs veidojas saules starojuma, īpaši tā ultravioletās daļas, piesārņojošo vielu sadalīšanās rezultātā. Meteoroloģiskais priekšnoteikums ir atmosfēras inversija, kas izpaužas kā auksta gaisa slāņa izskats virs siltā gaisa. Parasti siltā gaisa straumēm paceltās gāzes un cietās daļiņas pēc tam tiek izkliedētas augšējos aukstajos slāņos, bet šajā gadījumā tās uzkrājas inversijas slānī. Fotolīzes procesā slāpekļa dioksīdi, kas veidojas degvielas sadegšanas laikā automašīnu dzinējos, sadalās:

NO 2 → NĒ + O

Tad notiek ozona sintēze:

O + O 2 + M → O 3 + M

NĒ + O → NĒ 2

Fotodisociācijas procesus pavada dzeltenzaļš mirdzums.

Turklāt notiek šāda veida reakcijas: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, t.i., veidojas stipra sērskābe.

Mainoties meteoroloģiskajiem apstākļiem (vēja parādīšanās vai mitruma maiņa), aukstais gaiss izkliedējas un smogs pazūd.

Kancerogēnu vielu klātbūtne smogā izraisa elpošanas problēmas, gļotādu kairinājumu, asinsrites traucējumus, astmatisku nosmakšanu un bieži vien nāvi. Smogs ir īpaši bīstams maziem bērniem.

Skābie lietus ir atmosfēras nokrišņi, ko paskābina sēra oksīdu, slāpekļa un tajos izšķīdinātas perhlorskābes un hlora tvaiku rūpnieciskās emisijas. Ogļu un gāzes sadedzināšanas procesā lielākā daļa tajā esošā sēra gan oksīda veidā, gan savienojumos ar dzelzi, jo īpaši pirītā, pirotītā, halkopirītā utt., Pārvēršas sēra oksīdā, kas kopā ar oglekļa dioksīdu, tiek izmesti atmosfērā. Atmosfēras slāpeklim un tehniskajām emisijām savienojoties ar skābekli, veidojas dažādi slāpekļa oksīdi, un izveidoto slāpekļa oksīdu apjoms ir atkarīgs no degšanas temperatūras. Lielākā daļa slāpekļa oksīdu rodas transportlīdzekļu un dīzeļlokomotīvju darbības laikā, bet mazāka daļa rodas enerģētikas sektorā un rūpniecības uzņēmumos. Sēra un slāpekļa oksīdi ir galvenie skābes veidotāji. Reaģējot ar atmosfēras skābekli un tajā esošo ūdens tvaiku, veidojas sērskābe un slāpekļskābe.

Ir zināms, ka vides sārmu un skābju līdzsvaru nosaka pH vērtība. Neitrālai videi pH vērtība ir 7, skābai videi – 0, sārmainai – 14. Mūsdienu laikmetā lietus ūdens pH vērtība ir 5,6, lai gan nesenā pagātnē. bija neitrāls. PH vērtības samazināšanās par vienu atbilst desmitkārtīgam skābuma palielinājumam, un tāpēc šobrīd gandrīz visur līst lietus ar paaugstinātu skābumu. Rietumeiropā reģistrētais lietus maksimālais skābums bija 4-3,5 pH. Jāņem vērā, ka pH vērtība 4-4,5 lielākajai daļai zivju ir letāla.

Skābie lietus agresīvi ietekmē Zemes veģetāciju, rūpnieciskās un dzīvojamās ēkas un veicina ievērojamu atklāto iežu laikapstākļu paātrināšanos. Paaugstināts skābums novērš augsnes, kurās izšķīst barības vielas, neitralizācijas pašregulāciju. Tas savukārt izraisa strauju ražas samazināšanos un izraisa veģetācijas seguma degradāciju. Augsnes skābums veicina saistīto smago augsņu izdalīšanos, ko augi pamazām absorbē, izraisot nopietnus audu bojājumus un iekļūstot cilvēka barības ķēdē.

Jūras ūdeņu sārmainās-skābes potenciāla izmaiņas, īpaši seklos ūdeņos, izraisa daudzu bezmugurkaulnieku vairošanās pārtraukšanu, izraisa zivju nāvi un izjauc ekoloģisko līdzsvaru okeānos.

Skābo lietus rezultātā meži Rietumeiropā, Baltijas valstīs, Karēlijā, Urālos, Sibīrijā un Kanādā ir pakļauti iznīcībai.

Jāsaka, ka Zemes atmosfēras struktūra un sastāvs ne vienmēr bija nemainīgas vērtības vienā vai citā mūsu planētas attīstības periodā. Mūsdienās šī elementa vertikālo struktūru, kuras kopējais “biezums” ir 1,5–2,0 tūkstoši km, attēlo vairāki galvenie slāņi, tostarp:

1. Troposfēra.
2. Tropopauze.
3. Stratosfēra.
4. Stratopauze.
5. Mezosfēra un mezopauze.
6. Termosfēra.
7. Eksosfēra.

Atmosfēras pamatelementi

Troposfēra ir slānis, kurā tiek novērotas spēcīgas vertikālas un horizontālas kustības, šeit veidojas laika apstākļi, nogulumiežu parādības un klimatiskie apstākļi. Tas stiepjas 7-8 kilometrus no planētas virsmas gandrīz visur, izņemot polāros apgabalus (tur līdz 15 km). Troposfērā notiek pakāpeniska temperatūras pazemināšanās, aptuveni par 6,4 ° C ar katru augstuma kilometru. Šis rādītājs var atšķirties dažādos platuma grādos un gadalaikos.

Zemes atmosfēras sastāvu šajā daļā attēlo šādi elementi un to procentuālais daudzums:

Slāpeklis - apmēram 78 procenti;

Skābeklis - gandrīz 21 procents;

Argons - apmēram viens procents;

Oglekļa dioksīds - mazāks par 0,05%.

Viena kompozīcija līdz 90 kilometru augstumam

Turklāt šeit var atrast putekļus, ūdens pilienus, ūdens tvaikus, sadegšanas produktus, ledus kristālus, jūras sāļus, daudzas aerosola daļiņas u.c. Šis Zemes atmosfēras sastāvs tiek novērots līdz aptuveni deviņdesmit kilometru augstumam, tāpēc gaiss ir aptuveni vienāds ķīmiskajā sastāvā ne tikai troposfērā, bet arī pārklājošajos slāņos. Bet tur atmosfērai ir principiāli atšķirīgas fizikālās īpašības. Slāni, kuram ir vispārējs ķīmiskais sastāvs, sauc par homosfēru.

Kādi citi elementi veido Zemes atmosfēru? Procentos (pēc tilpuma, sausā gaisā) gāzes, piemēram, kriptons (apmēram 1,14 x 10 -4), ksenons (8,7 x 10 -7), ūdeņradis (5,0 x 10 -5), metāns (apmēram 1,7 x 10 -5) šeit ir attēlotas 4), slāpekļa oksīds (5,0 x 10 -5) utt. Masas procentos lielākā daļa no uzskaitītajām sastāvdaļām ir slāpekļa oksīds un ūdeņradis, kam seko hēlijs, kriptons u.c.

Dažādu atmosfēras slāņu fizikālās īpašības

Troposfēras fizikālās īpašības ir cieši saistītas ar tās tuvumu planētas virsmai. No šejienes atstarotais saules siltums infrasarkano staru veidā tiek virzīts atpakaļ uz augšu, iesaistot vadīšanas un konvekcijas procesus. Tāpēc temperatūra pazeminās līdz ar attālumu no zemes virsmas. Šī parādība tiek novērota līdz stratosfēras augstumam (11-17 kilometri), pēc tam temperatūra gandrīz nemainās līdz 34-35 km, un pēc tam temperatūra atkal paaugstinās līdz 50 kilometru augstumam (stratosfēras augšējā robeža) . Starp stratosfēru un troposfēru ir plāns tropopauzes starpslānis (līdz 1-2 km), kur tiek novērota nemainīga temperatūra virs ekvatora - apmēram mīnus 70 ° C un zemāk. Virs poliem tropopauze vasarā “sasilst” līdz mīnus 45°C, ziemā temperatūra šeit svārstās ap -65°C.

Zemes atmosfēras gāzes sastāvs ietver tik svarīgu elementu kā ozons. Uz virsmas tā ir salīdzinoši maz (desmit līdz mīnus sestā jauda no viena procenta), jo gāze veidojas saules gaismas ietekmē no atomu skābekļa atmosfēras augšējos rajonos. Jo īpaši visvairāk ozona atrodas aptuveni 25 km augstumā, un viss “ozona ekrāns” atrodas apgabalos no 7–8 km pie poliem, no 18 km pie ekvatora un līdz pat piecdesmit kilometriem virs jūras līmeņa. planētas virsma.

Atmosfēra pasargā no saules starojuma

Gaisa sastāvam Zemes atmosfērā ir ļoti liela nozīme dzīvības saglabāšanā, jo atsevišķi ķīmiskie elementi un sastāvi veiksmīgi ierobežo saules starojuma piekļuvi zemes virsmai un uz tās dzīvojošajiem cilvēkiem, dzīvniekiem un augiem. Piemēram, ūdens tvaiku molekulas efektīvi absorbē gandrīz visus infrasarkanā starojuma diapazonus, izņemot garumus diapazonā no 8 līdz 13 mikroniem. Ozons absorbē ultravioleto starojumu līdz viļņa garumam 3100 A. Bez tā plānā slāņa (vidēji tikai 3 mm, ja tas ir novietots uz planētas virsmas), tikai ūdens dziļumā, kas pārsniedz 10 metrus, un pazemes alas, kur saules starojums neieplūst. sasniedzamību var apdzīvot..

Nulle pēc Celsija stratopauzē

Starp nākamajiem diviem atmosfēras līmeņiem, stratosfēru un mezosfēru, atrodas ievērojams slānis - stratopauze. Tas aptuveni atbilst ozona maksimumu augstumam un temperatūra šeit ir salīdzinoši ērta cilvēkiem - aptuveni 0°C. Virs stratopauzes mezosfērā (sākas kaut kur 50 km augstumā un beidzas 80-90 km augstumā) atkal tiek novērota temperatūras pazemināšanās, palielinoties attālumam no Zemes virsmas (līdz mīnus 70-80 ° C). ). Meteori parasti pilnībā izdeg mezosfērā.

Termosfērā - plus 2000 K!

Zemes atmosfēras ķīmiskais sastāvs termosfērā (sākas pēc mezopauzes no aptuveni 85-90 līdz 800 km augstuma) nosaka tādas parādības iespējamību kā ļoti retināta “gaisa” slāņu pakāpeniska sasilšana saules starojuma ietekmē. . Šajā planētas “gaisa segas” daļā temperatūra svārstās no 200 līdz 2000 K, kas tiek iegūta skābekļa jonizācijas dēļ (atomu skābeklis atrodas virs 300 km), kā arī skābekļa atomu rekombinācijai molekulās. , ko pavada liela siltuma daudzuma izdalīšanās. Termosfēra ir vieta, kur rodas polārblāzmas.

Virs termosfēras atrodas eksosfēra – atmosfēras ārējais slānis, no kura vieglie un ātri kustīgie ūdeņraža atomi var izkļūt kosmosā. Zemes atmosfēras ķīmisko sastāvu šeit galvenokārt attēlo atsevišķi skābekļa atomi apakšējos slāņos, hēlija atomi vidējos slāņos un gandrīz tikai ūdeņraža atomi augšējos slāņos. Šeit valda augsta temperatūra - aptuveni 3000 K un nav atmosfēras spiediena.

Kā veidojās Zemes atmosfēra?

Bet, kā minēts iepriekš, planētai ne vienmēr bija šāds atmosfēras sastāvs. Kopumā ir trīs šī elementa izcelsmes jēdzieni. Pirmā hipotēze liecina, ka atmosfēra tika uzņemta akrecijas procesā no protoplanetārā mākoņa. Tomēr šodien šī teorija tiek nopietni kritizēta, jo šādu primāro atmosfēru vajadzēja iznīcināt Saules “vējam” no zvaigznes mūsu planētu sistēmā. Turklāt tiek pieņemts, ka pārāk augstas temperatūras dēļ sauszemes planētu veidošanās zonā nevarēja saglabāties gaistošie elementi.

Zemes primārās atmosfēras sastāvs, kā liecina otrā hipotēze, varēja veidoties, aktīvi bombardējot virsmu ar asteroīdiem un komētām, kas atnāca no Saules sistēmas apkārtnes attīstības sākumposmā. Šo koncepciju ir diezgan grūti apstiprināt vai atspēkot.

Eksperimentējiet IDG RAS

Visticamākā šķiet trešā hipotēze, kas uzskata, ka atmosfēra radusies gāzu izdalīšanās rezultātā no zemes garozas apvalka aptuveni pirms 4 miljardiem gadu. Šī koncepcija tika pārbaudīta Krievijas Zinātņu akadēmijas Ģeogrāfijas institūtā eksperimenta "Tsarev 2" laikā, kad vakuumā karsēja meteoriskas izcelsmes vielas paraugu. Tad tika reģistrēta tādu gāzu izdalīšanās kā H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 uc Tāpēc zinātnieki pamatoti pieņēma, ka Zemes primārās atmosfēras ķīmiskais sastāvs ietvēra ūdeni un oglekļa dioksīdu, fluorūdeņradi ( HF), oglekļa monoksīda gāze (CO), sērūdeņradis (H 2 S), slāpekļa savienojumi, ūdeņradis, metāns (CH 4), amonjaka tvaiki (NH 3), argons uc veidošanā piedalījās primārās atmosfēras ūdens tvaiki no hidrosfēras oglekļa dioksīds lielākā mērā bija saistīts organiskajās vielās un iežos, slāpeklis nonāca mūsdienu gaisa sastāvā un arī atkal nogulumiežu iežos un organiskajās vielās.

Zemes primārās atmosfēras sastāvs mūsdienu cilvēkiem neļautu tajā atrasties bez elpošanas aparāta, jo tajā laikā nebija skābekļa vajadzīgajā daudzumā. Šis elements nozīmīgos daudzumos parādījās pirms pusotra miljarda gadu, domājams, ka tas ir saistīts ar fotosintēzes procesa attīstību zilaļģēs un citās aļģēs, kas ir mūsu planētas vecākās iemītnieki.

Minimālais skābekļa daudzums

Par to, ka Zemes atmosfēras sastāvs sākotnēji bija gandrīz bez skābekļa, liecina fakts, ka senākajos (Katarhejas) iežos ir atrodams viegli oksidēts, bet neoksidēts grafīts (ogleklis). Pēc tam parādījās tā sauktās lentveida dzelzs rūdas, kas ietvēra bagātinātu dzelzs oksīdu slāņus, kas nozīmē spēcīga skābekļa avota parādīšanos uz planētas molekulārā formā. Bet šie elementi tika atrasti tikai periodiski (varbūt vienas un tās pašas aļģes vai citi skābekļa ražotāji parādījās mazās saliņās bezskābekļa tuksnesī), kamēr pārējā pasaule bija anaeroba. Pēdējo apstiprina fakts, ka viegli oksidējams pirīts tika atrasts oļu veidā, kas apstrādāti ar plūsmu bez ķīmisku reakciju pēdām. Tā kā plūstošos ūdeņus nevar slikti aerēt, ir izveidojies uzskats, ka atmosfērā pirms Kembrija bija mazāk nekā viens procents no mūsdienu skābekļa sastāva.

Revolucionāras izmaiņas gaisa sastāvā

Apmēram proterozoika vidū (pirms 1,8 miljardiem gadu) notika “skābekļa revolūcija”, kad pasaule pārgāja uz aerobo elpošanu, kuras laikā no vienas barības vielas (glikozes) molekulas var iegūt 38, nevis divas (kā tas bija anaerobā elpošana) enerģijas vienības. Zemes atmosfēras sastāvs skābekļa izteiksmē sāka pārsniegt vienu procentu no šodienas, un sāka veidoties ozona slānis, kas aizsargā organismus no radiācijas. Tieši no viņas, piemēram, zem biezām čaumalām “slēpās” tādi senie dzīvnieki kā trilobīti. Kopš tā laika līdz mūsu laikam galvenā “elpošanas” elementa saturs pakāpeniski un lēnām pieauga, nodrošinot dzīvības formu attīstības daudzveidību uz planētas.

Atmosfēras sastāva izmaiņas izraisa ietekmi uz atmosfēras radiācijas režīmu - tas ir galvenais antropogēnās ietekmes mehānisms uz globālo klimata sistēmu pašreizējā un gaidāmajā rūpniecības attīstības līmenī nākamajās desmitgadēs.

Atmosfēras siltumnīcefekta gāzu ieguldījums (sk. Siltumnīcas efekts) veido šīs ietekmes lielāko daļu. Siltumnīcefekta gāzu koncentrācijas ietekmi uz temperatūru nosaka no Zemes nākošā garo viļņu starojuma absorbcija un līdz ar to efektīvā starojuma samazināšanās uz zemes virsmas. Šajā gadījumā maksimālās temperatūras paaugstinās, un atmosfēras augstāko slāņu temperatūra samazinās lielu radiācijas zudumu dēļ. Šo efektu pastiprina divi apstākļi:

1) ūdens tvaiku daudzuma palielināšanās atmosfērā sasilšanas laikā, kas arī bloķē garo viļņu starojumu;

2) polārā ledus atkāpšanās sasilšanas laikā, kas samazina Zemes albedo relatīvi augstos platuma grādos.

Visas ilgmūžīgās siltumnīcefekta gāzes un ozons nodrošina pozitīvu izstarojošo spēku (2,9 ± 0,3 W/m2). Ar visu siltumnīcefekta gāzu un aerosolu koncentrācijas izmaiņām saistītā antropogēno faktoru kopējā radiācijas ietekme ir 1,6 (no 0,6 līdz 2,4) W/m2. Visu veidu aerosoli tieši un netieši rada starojuma efektu, mainot mākoņu albedo. Kopējā aerosola ietekme ir negatīva (–1,3 ± 0,8 W/m2). Tomēr šo aplēšu ticamība ir daudz zemāka nekā tām, kas iegūtas attiecībā uz siltumnīcefekta gāzēm (Novērtējuma ziņojums, 2008).

Siltumnīcefekta gāzes atmosfērā, ko būtiski ietekmē saimnieciskā darbība:

– oglekļa dioksīds(CO 2) ir vissvarīgākā siltumnīcefekta gāze klimata kontroles ziņā. Pēdējo 250 gadu laikā tā koncentrācija atmosfērā ir nepieredzēti palielinājusies par 35%. 2005. gadā tas bija 379 milj. –1;

– metāns(CH 4) ir otrā nozīmīgākā siltumnīcefekta gāze aiz CO 2 ; tā koncentrācija salīdzinājumā ar pirmsindustriālo periodu palielinājās 2,5 reizes un 2005. gadā sasniedza 1774 ppb;

– slāpekļa oksīds(N2O), tā koncentrācija līdz 2005. gadam pieauga par 18% salīdzinājumā ar pirmsindustriālo periodu un sasniedza 319 miljardus –1; Pašlaik aptuveni 40% no N 2 O daudzuma, kas nonāk atmosfērā, ir saistīti ar saimniecisko darbību (mēslojums, lopkopība, ķīmiskā rūpniecība).

Ieslēgts rīsi. 4.7 tiek parādīta oglekļa dioksīda koncentrācijas laika gaita ( A), metāns ( b) un slāpekļa oksīds ( V) atmosfērā un to izmaiņas pēdējo 10 000 gadu laikā un kopš 1750. Gada laika gaita iegūta no dažādu pētnieku veiktajiem mērījumiem ledus nogulumos un mērījumiem atmosfērā. Attēlā skaidri redzams pakāpeniskais CO 2 un citu gāzu pieaugums rūpniecības laikmetā.

Saskaņā ar IPCC ceturto novērtējuma ziņojumu (2007. gads), rūpniecības laikmetā klimatam aktīvo gāzu koncentrācija atmosfērā ievērojami palielinās. Tādējādi pēdējo 250 gadu laikā oglekļa dioksīda (CO 2) koncentrācija atmosfērā ir palielinājusies no 280 līdz 379 ppm (miljons daļas uz tilpuma vienību). Pašreizējā siltumnīcefekta gāzu koncentrācija atmosfērā, kas noteikta, analizējot gaisa burbuļus no ledus serdeņiem, kas saglabāja Antarktīdas senās atmosfēras sastāvu, ir daudz augstāka nekā jebkad pēdējo 10 tūkstošu gadu laikā. Globālās metāna koncentrācijas atmosfērā rūpniecības laikmetā ir palielinājušās no 715 līdz 1774 ppb (miljarda daļas uz tilpuma vienību). Pēdējās desmitgadēs ir novērots visdramatiskākais siltumnīcefekta gāzu koncentrācijas pieaugums, kā rezultātā atmosfēra sasilusi.

Tātad process mūsdienu klimata sasilšana notiek uz ilgtspējīgas attīstības fona siltumnīcefekta gāzu koncentrācijas palielināšanās, un, pirmkārt, oglekļa dioksīds (CO 2). Tā, pēc 1999. gada datiem, CO 2 emisijas cilvēka darbības rezultātā, sadegot fosilo kurināmo, 1996. gadā sasniedza 6,2 miljardus tonnu, kas ir gandrīz 4 reizes vairāk nekā 1950. gadā. No 1750. līdz 2000. gadam oglekļa dioksīda koncentrācija atmosfērā palielinājās par 31% (Perevedentsev Yu.P., 2009).

CO 2 koncentrācijas laika gaita Krievijas Teriberkas stacijā (4.8. attēls) liecina, ka vidējais CO 2 pieauguma temps 20 gadu laikā bija 1,7 milj. –1 gadā ar būtiskām sezonālām svārstībām, kas vienādas ar 15÷20 milj. –1.

Rīsi. 2.8. CO 2 koncentrācijas atmosfērā laika gaita Teriberkas stacijā (Kola pussalā) novērojumu periodā kopš 1988. gada. Punkti un līnijas parāda atsevišķus mērījumus ( 1 ), izlīdzinātas sezonālās izmaiņas ( 2 ) un ilgtermiņa tendence ( 3 ) CO 2 CO 2 koncentrācija, ppm (OD, 2008)

Siltumnīcas efekta mehānisms ir izskaidrojams ar atšķirību atmosfēras absorbcijas kapacitātē saules starojumam, kas nāk uz Zemi, un starojumam, kas iziet no Zemes. Zeme saņem starojumu no Saules plašā spektra joslā ar vidējo viļņa garumu aptuveni 0,5 mikroni, un šis īsviļņu starojums gandrīz iziet cauri atmosfērai. Zeme saņemto enerģiju izdala gandrīz kā pilnīgi melns ķermenis garo viļņu infrasarkanajā diapazonā, kura vidējais viļņa garums ir aptuveni 10 mikroni. Šajā diapazonā daudzām gāzēm (CO 2, CH 4, H 2 O utt.) ir daudz absorbcijas joslu; šīs gāzes absorbē starojumu, kā rezultātā tās izdala siltumu un lielākoties silda atmosfēru. Oglekļa dioksīds intensīvi absorbē no Zemes nākošo starojumu 12–18 mikronu diapazonā un ir viens no galvenajiem faktoriem, kas nodrošina siltumnīcas efektu (Perevedentsev Yu.P., 2009).

Mūsdienu klimata sasilšana. To, ka mūsdienu klimats mainās, atzīst visi, jo gan instrumentālie mērījumi, gan dabiskie rādītāji liecina par vienu: pēdējās desmitgadēs ir notikusi ievērojama planētas klimata sasilšana. Pagājušajā gadsimtā (1906–2005) uz zemes izvietots meteoroloģiskais tīkls ir fiksējis ievērojamu vidējās globālās temperatūras pieaugumu uz Zemes virsmas par 0,74 °C. Domstarpības rodas, apspriežot sasilšanas cēloņus. Ceturtajā novērtējuma ziņojumā IPCC eksperti (2007) izdara secinājumus par novērotās sasilšanas cēloņiem: iespējamība, ka klimata pārmaiņas pēdējo 50 gadu laikā notikušas bez ārējas (antropogēnas) ietekmes, ir novērtēta kā ārkārtīgi zema (<5%). С высокой степенью вероятности (>90%) norāda, ka pēdējo 50 gadu laikā novērotās izmaiņas izraisa ne tikai dabiska, bet arī ārēja ietekme. Ar >90% pārliecību ziņojumā teikts, ka pieaugošā antropogēno siltumnīcefekta gāzu koncentrācija ir izraisījusi lielāko daļu globālās sasilšanas kopš 20. gadsimta vidus.

Ir arī citi viedokļi par sasilšanas cēloņiem - iekšējais faktors, dabiskā mainīgums, kas izraisa temperatūras svārstības gan sasilšanas, gan atdzišanas virzienā. Tādējādi darbā (Datsenko N.M., Monin A.S., Sonechkin D.M., 2004) šīs koncepcijas piekritēji norāda, ka 20. gadsimta (90. gadu) visintensīvākā globālās temperatūras pieauguma periods iekrīt 60. gadu augšupejošā zarā. vasaras svārstības, ko tās identificē atmosfēras termisko un cirkulācijas stāvokli raksturojošajos indeksos. Tajā pašā laikā tiek uzskatīts, ka mūsdienu klimata svārstības ir sekas klimata sistēmas nelineārām reakcijām uz kvaziperiodiskām ārējām ietekmēm (Mēness-saules plūdmaiņu un Saules aktivitātes cikliem, Saules sistēmas lielāko planētu apgriezienu cikliem). ap kopīgu centru utt.) (Perevedentsev Yu.P. ., 2009).

Pirmo reizi rūpniecisko CO 2 emisiju pieaugumu atmosfērā noteica H.E. Suess XX gadsimta 50. gadu sākumā. Pamatojoties uz oglekļa attiecības izmaiņām koku gredzenos, Suess secināja, ka atmosfēras oglekļa dioksīds kopš 19. gadsimta otrās puses ir papildināts ar CO 2 emisijām, kas rodas fosilā kurināmā sadedzināšanas rezultātā. Viņš atklāja, ka radioaktīvā C 14, kas pastāvīgi veidojas atmosfērā kosmisko daļiņu darbības rezultātā, attiecība pret stabilo C 12 pēdējo simts gadu laikā ir samazinājusies atmosfēras CO 2 "atšķaidīšanas" rezultātā ar plūsmu. CO 2 no fosilā kurināmā, kas praktiski nesatur C (C 14 pussabrukšanas periods ir vienāds ar 5730 gadiem). Tādējādi, pamatojoties uz mērījumiem koku gredzenos, tika konstatēts rūpniecisko CO 2 emisiju pieaugums atmosfērā. Tikai 1958. gadā Mauna Loa stacijā Klusajā okeānā tika sākta atmosfēras CO 2 koncentrācijas reģistrēšana.

Rīsi. 4.7. Oglekļa dioksīda koncentrācijas laika gaita ( A), metāns ( b) un slāpekļa oksīds ( V) atmosfērā un to izmaiņas pēdējo 10 000 gadu laikā (liels panelis) un kopš 1750. gada (tajā ievietots mazāks panelis). Mērījumu rezultāti ledus nogulumos (dažādu krāsu un konfigurāciju simboli) no dažādiem pētniekiem un mērījumi atmosfērā (sarkanā līkne). Novērtējumu skala, kas atbilst izmērītajām radiācijas ietekmes koncentrācijām, ir parādīta uz lielajiem paneļiem labajā pusē (Novērtējuma ziņojums par klimata pārmaiņām un to sekām Krievijas Federācijas teritorijā (AR), 2008)

Zemes atmosfēra

Atmosfēra(no. Sengrieķu valodaἀτμός - tvaiks un σφαῖρα - bumba) - gāze apvalks ( ģeosfēra), kas ieskauj planētu Zeme. Tā iekšējā virsma pārklāj hidrosfēra un daļēji mizu, ārējā robežojas ar kosmosa tuvu Zemei daļu.

Parasti tiek saukts fizikas un ķīmijas nozaru kopums, kas pēta atmosfēru atmosfēras fizika. Atmosfēra nosaka laikapstākļi uz Zemes virsmas, pētot laikapstākļus meteoroloģija, un ilgtermiņa variācijas klimats - klimatoloģija.

Atmosfēras struktūra

Atmosfēras struktūra

Troposfēra

Tā augšējā robeža atrodas 8-10 km augstumā polārajos, 10-12 km mērenajos un 16-18 km tropiskajos platuma grādos; zemāks ziemā nekā vasarā. Apakšējais, galvenais atmosfēras slānis. Satur vairāk nekā 80% no kopējās atmosfēras gaisa masas un aptuveni 90% no visiem atmosfērā esošajiem ūdens tvaikiem. Troposfērā ir ļoti attīstīti turbulence Un konvekcija, rodas mākoņi, attīstās cikloni Un anticikloni. Temperatūra samazinās, palielinoties augstumam ar vidējo vertikāli gradients 0,65°/100 m

Par “normāliem apstākļiem” uz Zemes virsmas tiek pieņemti: blīvums 1,2 kg/m3, barometriskais spiediens 101,35 kPa, temperatūra plus 20 °C un relatīvais mitrums 50%. Šiem nosacītajiem rādītājiem ir tikai inženiertehniska nozīme.

Stratosfēra

Atmosfēras slānis, kas atrodas augstumā no 11 līdz 50 km. To raksturo nelielas temperatūras izmaiņas 11-25 km slānī (stratosfēras apakšējā slānī) un 25-40 km slāņa paaugstināšanās no –56,5 līdz 0,8 °. AR(stratosfēras vai reģiona augšējais slānis inversijas). Sasniedzot vērtību aptuveni 273 K (gandrīz 0 ° C) aptuveni 40 km augstumā, temperatūra saglabājas nemainīga līdz aptuveni 55 km augstumam. Šo nemainīgas temperatūras reģionu sauc stratopauze un ir robeža starp stratosfēru un mezosfēra.

Stratopauze

Atmosfēras robežslānis starp stratosfēru un mezosfēru. Vertikālajā temperatūras sadalījumā ir maksimums (apmēram 0 °C).

Mezosfēra

Zemes atmosfēra

Mezosfēra sākas 50 km augstumā un stiepjas līdz 80-90 km. Temperatūra samazinās līdz ar augstumu ar vidējo vertikālo gradientu (0,25-0,3)°/100 m. Galvenais enerģijas process ir starojuma siltuma pārnese. Sarežģīti fotoķīmiskie procesi, kas ietver brīvie radikāļi, vibrācijas ierosinātas molekulas utt., izraisa atmosfēras spīdumu.

Mezopauze

Pārejas slānis starp mezosfēru un termosfēru. Vertikālajā temperatūras sadalījumā ir minimums (apmēram -90 °C).

Karmana līnija

Augstums virs jūras līmeņa, ko parasti uzskata par robežu starp Zemes atmosfēru un kosmosu.

Termosfēra

Galvenais raksts: Termosfēra

Augšējā robeža ir aptuveni 800 km. Temperatūra paaugstinās līdz 200-300 km augstumam, kur tā sasniedz 1500 K lielumu, pēc tam saglabājas gandrīz nemainīga līdz lieliem augstumiem. Ultravioletā un rentgena saules starojuma un kosmiskā starojuma ietekmē notiek gaisa jonizācija (“ polārblāzmas") - galvenās jomas jonosfēra gulēt termosfēras iekšpusē. Augstumā virs 300 km dominē atomu skābeklis.

Atmosfēras slāņi līdz 120 km augstumam

Eksosfēra (izkliedes sfēra)

Eksosfēra- dispersijas zona, termosfēras ārējā daļa, kas atrodas virs 700 km. Gāze eksosfērā ir ļoti reti sastopama, un no šejienes tās daļiņas noplūst starpplanētu telpā ( izkliedēšana).

Līdz 100 km augstumam atmosfēra ir viendabīgs, labi sajaukts gāzu maisījums. Augstākos slāņos gāzu sadalījums pēc augstuma ir atkarīgs no to molekulmasas, smagāko gāzu koncentrācija samazinās ātrāk, attālinoties no Zemes virsmas. Gāzes blīvuma samazināšanās dēļ temperatūra pazeminās no 0 °C stratosfērā līdz –110 °C mezosfērā. Taču atsevišķu daļiņu kinētiskā enerģija 200-250 km augstumā atbilst ~1500 °C temperatūrai. Virs 200 km tiek novērotas būtiskas temperatūras un gāzes blīvuma svārstības laikā un telpā.

Aptuveni 2000-3000 km augstumā eksosfēra pamazām pārvēršas t.s. tuvu kosmosa vakuumam, kas ir piepildīta ar ļoti retām starpplanētu gāzes daļiņām, galvenokārt ūdeņraža atomiem. Bet šī gāze ir tikai daļa no starpplanētu matērijas. Otru daļu veido komētas un meteoriskas izcelsmes putekļu daļiņas. Papildus ārkārtīgi retajām putekļu daļiņām šajā telpā iekļūst saules un galaktikas izcelsmes elektromagnētiskais un korpuskulārais starojums.

Troposfēra veido aptuveni 80% no atmosfēras masas, stratosfēra - aptuveni 20%; mezosfēras masa ir ne vairāk kā 0,3%, termosfēra ir mazāka par 0,05% no kopējās atmosfēras masas. Pamatojoties uz elektriskām īpašībām atmosfērā, izšķir neitronosfēru un jonosfēru. Pašlaik tiek uzskatīts, ka atmosfēra stiepjas līdz 2000-3000 km augstumam.

Atkarībā no gāzes sastāva atmosfērā tās izdala homosfēra Un heterosfēra. Heterosfēra - Šī ir zona, kurā gravitācija ietekmē gāzu atdalīšanu, jo to sajaukšanās šādā augstumā ir niecīga. Tas nozīmē mainīgu heterosfēras sastāvu. Zem tā atrodas labi sajaukta, viendabīga atmosfēras daļa, ko sauc homosfēra. Robežu starp šiem slāņiem sauc turbo pauze, tas atrodas aptuveni 120 km augstumā.

Fizikālās īpašības

Atmosfēras biezums ir aptuveni 2000 - 3000 km no Zemes virsmas. Kopējā masa gaiss- (5,1-5,3) × 10 18 kg. Molārā masa tīrs sausais gaiss ir 28,966. Spiediens pie 0 °C jūras līmenī 101.325 kPa; kritiskā temperatūra-140,7 °C; kritiskais spiediens 3,7 MPa; C lpp 1,0048 × 10 3 J/(kg K) (pie 0 °C), C v 0,7159 × 10 3 J/(kg K) (pie 0 °C). Gaisa šķīdība ūdenī 0 °C temperatūrā ir 0,036%, 25 °C temperatūrā - 0,22%.

Atmosfēras fizioloģiskās un citas īpašības

Jau 5 km augstumā virs jūras līmeņa veidojas netrenēts cilvēks skābekļa bads un bez adaptācijas cilvēka sniegums ievērojami samazinās. Šeit beidzas atmosfēras fizioloģiskā zona. Cilvēka elpošana kļūst neiespējama 15 km augstumā, lai gan līdz aptuveni 115 km atmosfērā ir skābeklis.

Atmosfēra apgādā mūs ar elpošanai nepieciešamo skābekli. Tomēr atmosfēras kopējā spiediena krituma dēļ, paceļoties augstumā, skābekļa daļējais spiediens attiecīgi samazinās.

Cilvēka plaušās pastāvīgi ir aptuveni 3 litri alveolārā gaisa. Daļējs spiediens skābeklis alveolārajā gaisā normālā atmosfēras spiedienā ir 110 mm Hg. Art., oglekļa dioksīda spiediens - 40 mm Hg. Art., un ūdens tvaiki - 47 mm Hg. Art. Palielinoties augstumam, skābekļa spiediens pazeminās, un kopējais ūdens un oglekļa dioksīda tvaika spiediens plaušās paliek gandrīz nemainīgs - aptuveni 87 mm Hg. Art. Skābekļa padeve plaušām pilnībā pārtrauks, kad apkārtējā gaisa spiediens kļūs vienāds ar šo vērtību.

Apmēram 19-20 km augstumā atmosfēras spiediens pazeminās līdz 47 mm Hg. Art. Tāpēc šajā augstumā cilvēka organismā sāk vārīties ūdens un intersticiāls šķidrums. Ārpus spiediena salona šādos augstumos nāve iestājas gandrīz acumirklī. Tādējādi no cilvēka fizioloģijas viedokļa “kosmoss” sākas jau 15-19 km augstumā.

Blīvi gaisa slāņi – troposfēra un stratosfēra – pasargā mūs no starojuma kaitīgās ietekmes. Pietiekami samazinot gaisa daudzumu, vairāk nekā 36 km augstumā, jonizējošie līdzekļi intensīvi iedarbojas uz ķermeni. starojums- primārie kosmiskie stari; Augstumā, kas pārsniedz 40 km, saules spektra ultravioletā daļa ir bīstama cilvēkiem.

Paceļoties arvien lielākā augstumā virs Zemes virsmas, atmosfēras zemākajos slāņos tiek novērotas tādas pazīstamas parādības kā skaņas izplatīšanās, aerodinamikas rašanās. lifts un pretestība, siltuma pārnese konvekcija un utt.

Retos gaisa slāņos izplatība skaņu izrādās neiespējami. Līdz 60-90 km augstumam joprojām ir iespējams izmantot gaisa pretestību un pacēlumu kontrolētam aerodinamiskam lidojumam. Bet, sākot no 100-130 km augstuma, jēdzieni, kas pazīstami katram pilotam cipari M Un skaņas barjera zaudē savu nozīmi, ir nosacījums Karmana līnija aiz kura sākas tīri ballistiskā lidojuma sfēra, kuru var kontrolēt tikai ar reaktīvo spēku palīdzību.

Augstumā virs 100 km atmosfērai ir liegta vēl viena ievērojama īpašība - spēja absorbēt, vadīt un pārraidīt siltumenerģiju konvekcijas ceļā (t.i., sajaucot gaisu). Tas nozīmē, ka dažādus aprīkojuma elementus uz orbitālās kosmosa stacijas nevarēs atdzesēt no ārpuses tā, kā to parasti dara lidmašīnā - ar gaisa strūklu un gaisa radiatoru palīdzību. Šādā augstumā, tāpat kā kosmosā, vienīgais veids, kā pārnest siltumu, ir termiskais starojums.

Atmosfēras sastāvs

Sausā gaisa sastāvs

Zemes atmosfēru galvenokārt veido gāzes un dažādi piemaisījumi (putekļi, ūdens pilieni, ledus kristāli, jūras sāļi, sadegšanas produkti).

Gāzu koncentrācija, kas veido atmosfēru, ir gandrīz nemainīga, izņemot ūdeni (H 2 O) un oglekļa dioksīdu (CO 2).

Sausā gaisa sastāvs
Slāpeklis
Skābeklis
Argons
Ūdens
Oglekļa dioksīds
Neona
Hēlijs
Metāns
Kriptons
Ūdeņradis
Ksenons
Slāpekļa oksīds

Papildus tabulā norādītajām gāzēm atmosfērā ir SO 2, NH 3, CO, ozons, ogļūdeņraži, HCl, HF, pāriem Hg, es 2 un arī NĒ un daudzas citas gāzes nelielos daudzumos. Troposfēra pastāvīgi satur lielu skaitu suspendētu cieto un šķidro daļiņu ( aerosols).

Atmosfēras veidošanās vēsture

Saskaņā ar visizplatītāko teoriju Zemes atmosfērai laika gaitā ir bijuši četri dažādi sastāvi. Sākotnēji tas sastāvēja no vieglām gāzēm ( ūdeņradis Un hēlijs), kas uzņemts no starpplanētu telpas. Šis ir tā sauktais primārā atmosfēra(apmēram pirms četriem miljardiem gadu). Nākamajā posmā aktīvā vulkāniskā darbība izraisīja atmosfēras piesātinājumu ar gāzēm, kas nav ūdeņradis (oglekļa dioksīds, amonjaks, ūdens tvaiki). Tā tas izveidojās sekundārā atmosfēra(apmēram trīs miljardus gadu pirms mūsdienām). Šī atmosfēra bija atjaunojoša. Turklāt atmosfēras veidošanās procesu noteica šādi faktori:

vieglo gāzu (ūdeņraža un hēlija) noplūde starpplanētu telpa;

ķīmiskās reakcijas, kas notiek atmosfērā ultravioletā starojuma, zibens izlādes un dažu citu faktoru ietekmē.

Pamazām šie faktori izraisīja veidošanos terciārā atmosfēra, ko raksturo daudz mazāks ūdeņraža saturs un daudz lielāks slāpekļa un oglekļa dioksīda saturs (veidojas ķīmisko reakciju rezultātā no amonjaka un ogļūdeņražiem).

Slāpeklis

Liela daudzuma N 2 veidošanās ir saistīta ar amonjaka-ūdeņraža atmosfēras oksidēšanu ar molekulāro O 2, kas sāka nākt no planētas virsmas fotosintēzes rezultātā, sākot no 3 miljardiem gadu. N2 atmosfērā nonāk arī nitrātu un citu slāpekli saturošu savienojumu denitrifikācijas rezultātā. Augšējos atmosfēras slāņos slāpekli oksidē ozons līdz NO.

Slāpeklis N 2 reaģē tikai īpašos apstākļos (piemēram, zibens izlādes laikā). Molekulārā slāpekļa oksidēšana ar ozonu elektriskās izlādes laikā tiek izmantota slāpekļa mēslošanas līdzekļu rūpnieciskajā ražošanā. Viņi var to oksidēt ar zemu enerģijas patēriņu un pārvērst to bioloģiski aktīvā formā. zilaļģes (zilaļģes) un mezgliņu baktērijas, kas veido rhizobial simbioze Ar pākšaugi augi, t.s zaļmēsli.

Skābeklis

Atmosfēras sastāvs sāka radikāli mainīties, parādoties uz Zemes dzīvie organismi, rezultātā fotosintēze kopā ar skābekļa izdalīšanos un oglekļa dioksīda absorbciju. Sākotnēji skābeklis tika iztērēts reducēto savienojumu oksidēšanai - amonjaks, ogļūdeņraži, slāpekļa forma dziedzeris kas atrodas okeānos utt. Šī posma beigās skābekļa saturs atmosfērā sāka palielināties. Pamazām izveidojās mūsdienīga atmosfēra ar oksidējošām īpašībām. Tā kā tas izraisīja nopietnas un pēkšņas izmaiņas daudzos procesos, kas notiek atmosfēra, litosfēra Un biosfēra, šis pasākums saucās Skābekļa katastrofa.

Laikā Fanerozojs mainījās atmosfēras sastāvs un skābekļa saturs. Tie galvenokārt korelēja ar organisko nogulumu nogulsnēšanās ātrumu. Tādējādi ogļu uzkrāšanās periodos skābekļa saturs atmosfērā acīmredzot ievērojami pārsniedza mūsdienu līmeni.

Oglekļa dioksīds

CO 2 saturs atmosfērā ir atkarīgs no vulkāniskās aktivitātes un ķīmiskajiem procesiem zemes čaulās, bet visvairāk - no biosintēzes un organisko vielu sadalīšanās intensitātes. biosfēra Zeme. Gandrīz visa pašreizējā planētas biomasa (apmēram 2,4 × 10 12 tonnas ) veidojas atmosfēras gaisā esošā oglekļa dioksīda, slāpekļa un ūdens tvaiku ietekmē. Apglabāts okeāns, V purvi un iekšā meži organiskās vielas pārvēršas par ogles, eļļa Un dabasgāze. (cm. Ģeoķīmiskais oglekļa cikls)

Cēlgāzes

Inerto gāzu avots - argons, hēlijs Un kriptons- vulkāna izvirdumi un radioaktīvo elementu sabrukšana. Salīdzinot ar kosmosu, Zeme kopumā un jo īpaši atmosfērā ir noplicinātas inertās gāzes. Tiek uzskatīts, ka iemesls tam ir nepārtraukta gāzu noplūde starpplanētu telpā.

Gaisa piesārņojums

Pēdējā laikā atmosfēras evolūciju sāk ietekmēt Cilvēks. Viņa darbības rezultāts bija pastāvīgs ievērojams oglekļa dioksīda satura pieaugums atmosfērā, sadegot ogļūdeņraža degvielai, kas uzkrāta iepriekšējos ģeoloģiskajos laikmetos. Fotosintēzes laikā tiek patērēts milzīgs CO 2 daudzums, ko absorbē pasaules okeāni. Šī gāze nonāk atmosfērā karbonātu iežu un augu un dzīvnieku izcelsmes organisko vielu sadalīšanās rezultātā, kā arī vulkānisma un cilvēku rūpnieciskās darbības rezultātā. Pēdējo 100 gadu laikā CO 2 saturs atmosfērā ir palielinājies par 10%, un lielākā daļa (360 miljardi tonnu) rodas degvielas sadegšanas rezultātā. Ja turpināsies degvielas sadegšanas pieauguma temps, tad nākamajos 50 - 60 gados CO 2 daudzums atmosfērā dubultosies un var izraisīt globālās klimata pārmaiņas.

Degvielas sadedzināšana ir galvenais piesārņojošo gāzu avots ( CO, NĒ, SO 2 ). Sēra dioksīds tiek oksidēts ar atmosfēras skābekli līdz SO 3 atmosfēras augšējos slāņos, kas savukārt mijiedarbojas ar ūdens un amonjaka tvaikiem, un rezultātā rodas sērskābe (H 2 SO 4 ) Un amonija sulfāts ((NH 4 ) 2 SO 4 ) atgriezties uz Zemes virsmas tā sauktā veidā. skābais lietus. Lietošana iekšdedzes dzinēji izraisa ievērojamu atmosfēras piesārņojumu ar slāpekļa oksīdiem, ogļūdeņražiem un svina savienojumiem ( tetraetilsvins Pb (CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Atmosfēras aerosola piesārņojumu rada gan dabiskie cēloņi (vulkānu izvirdumi, putekļu vētras, jūras ūdens pilienu un augu putekšņu aizķeršanās u.c.), gan cilvēku saimnieciskā darbība (rūdu un būvmateriālu ieguve, degvielas dedzināšana, cementa ražošana u.c.). ). Intensīva liela mēroga cieto daļiņu izplūde atmosfērā ir viens no iespējamiem klimata pārmaiņu cēloņiem uz planētas.

Gāzveida apvalks, kas ieskauj mūsu planētu Zeme, pazīstams kā atmosfēra, sastāv no pieciem galvenajiem slāņiem. Šie slāņi rodas uz planētas virsmas no jūras līmeņa (dažreiz zemāk) un paceļas uz kosmosu šādā secībā:

• Troposfēra;
• Stratosfēra;
• mezosfēra;
• Termosfēra;
• Eksosfēra.

Zemes atmosfēras galveno slāņu diagramma

Starp katru no šiem galvenajiem pieciem slāņiem ir pārejas zonas, ko sauc par "pauzēm", kur notiek gaisa temperatūras, sastāva un blīvuma izmaiņas. Kopā ar pauzēm Zemes atmosfērā kopumā ietilpst 9 slāņi.

Troposfēra: kur notiek laikapstākļi

No visiem atmosfēras slāņiem troposfēra ir tā, ar kuru mēs esam vispazīstamākie (neatkarīgi no tā, vai jūs to saprotat vai nē), jo mēs dzīvojam tās apakšā - planētas virsmā. Tas aptver Zemes virsmu un stiepjas uz augšu vairākus kilometrus. Vārds troposfēra nozīmē "pasaules izmaiņas". Ļoti piemērots nosaukums, jo šajā slānī notiek mūsu ikdienas laikapstākļi.

Sākot no planētas virsmas, troposfēra paceļas 6 līdz 20 km augstumā. Mums vistuvākā slāņa apakšējā trešdaļa satur 50% no visām atmosfēras gāzēm. Šī ir vienīgā atmosfēras daļa, kas elpo. Sakarā ar to, ka gaisu no apakšas silda zemes virsma, kas absorbē Saules siltumenerģiju, troposfēras temperatūra un spiediens samazinās, palielinoties augstumam.

Augšpusē ir plāns slānis, ko sauc par tropopauzi, kas ir tikai buferis starp troposfēru un stratosfēru.

Stratosfēra: ozona mājvieta

Stratosfēra ir nākamais atmosfēras slānis. Tas stiepjas no 6-20 km līdz 50 km virs Zemes virsmas. Tas ir slānis, kurā lido lielākā daļa komerciālo lidmašīnu un ceļo karstā gaisa baloni.

Šeit gaiss neplūst uz augšu un uz leju, bet pārvietojas paralēli virsmai ļoti ātrās gaisa plūsmās. Paaugstinoties temperatūrai paaugstinās, pateicoties dabā sastopamā ozona (O3) pārpilnībai, kas ir saules starojuma un skābekļa blakusprodukts, kas spēj absorbēt kaitīgos saules ultravioletos starus (jebkurš temperatūras pieaugums līdz ar augstumu meteoroloģijā ir zināms kā "inversija") .

Tā kā stratosfērā ir siltāka temperatūra apakšā un vēsāka temperatūra augšpusē, konvekcija (gaisa masu vertikālā kustība) šajā atmosfēras daļā ir reti sastopama. Faktiski troposfērā plosošu vētru var redzēt no stratosfēras, jo slānis darbojas kā konvekcijas vāciņš, kas neļauj vētras mākoņiem iekļūt.

Pēc stratosfēras atkal ir bufera slānis, ko šoreiz sauc par stratopauzi.

Mezosfēra: vidējā atmosfēra

Mezosfēra atrodas aptuveni 50-80 km attālumā no Zemes virsmas. Augšējā mezosfēra ir aukstākā dabiskā vieta uz Zemes, kur temperatūra var noslīdēt zem -143°C.

Termosfēra: augšējā atmosfēra

Pēc mezosfēras un mezopauzes nāk termosfēra, kas atrodas no 80 līdz 700 km virs planētas virsmas un satur mazāk nekā 0,01% no kopējā gaisa atmosfēras apvalkā. Temperatūra šeit sasniedz pat +2000°C, taču gaisa ārkārtējā retuma un gāzu molekulu trūkuma dēļ siltuma pārnesei šīs augstās temperatūras tiek uztvertas kā ļoti aukstas.

Eksosfēra: robeža starp atmosfēru un telpu

Apmēram 700-10 000 km augstumā virs zemes virsmas atrodas eksosfēra - atmosfēras ārējā mala, kas robežojas ar kosmosu. Šeit ap Zemi riņķo laikapstākļu satelīti.

Kā ir ar jonosfēru?

Jonosfēra nav atsevišķs slānis, bet patiesībā šis termins tiek lietots, lai apzīmētu atmosfēru no 60 līdz 1000 km augstumā. Tas ietver mezosfēras augšējās daļas, visu termosfēru un daļu eksosfēras. Jonosfēra ir ieguvusi savu nosaukumu, jo šajā atmosfēras daļā Saules starojums tiek jonizēts, kad tas iziet cauri Zemes magnētiskajiem laukiem plkst. Šī parādība tiek novērota no zemes kā ziemeļblāzma.