Compoziția atmosferei pământului ca procent. Atmosfera pământului

Atmosfera este un amestec de diferite gaze. Se întinde de la suprafața Pământului până la o înălțime de 900 km, protejând planeta de spectrul dăunător al radiațiilor solare și conține gaze necesare întregii vieți de pe planetă. Atmosfera captează căldura de la soare, încălzind suprafața pământului și creând un climat favorabil.

Compoziția atmosferică

Atmosfera Pământului este formată în principal din două gaze - azot (78%) și oxigen (21%). În plus, conține impurități de dioxid de carbon și alte gaze. în atmosferă există sub formă de vapori, picături de umiditate în nori și cristale de gheață.

Straturi ale atmosferei

Atmosfera este formată din multe straturi, între care nu există limite clare. Temperaturile diferitelor straturi diferă semnificativ unele de altele.

• Magnetosferă fără aer. Aici zboară majoritatea sateliților Pământului în afara atmosferei Pământului.
• Exosfera (450-500 km de la suprafață). Aproape fără gaze. Unii sateliți meteorologici zboară în exosferă. Termosfera (80-450 km) se caracterizează prin temperaturi ridicate, ajungând la 1700°C în stratul superior.
• Mezosfera (50-80 km). În această zonă, temperatura scade pe măsură ce crește altitudinea. Aici ard majoritatea meteoriților (fragmente de roci spațiale) care intră în atmosferă.
• Stratosferă (15-50 km). Conține strat de ozon, adică un strat de ozon care absoarbe radiațiile ultraviolete de la Soare. Acest lucru face ca temperaturile de lângă suprafața Pământului să crească. Avioanele cu reacție zboară de obicei aici pentru că Vizibilitatea în acest strat este foarte bună și aproape că nu există interferențe cauzate de condițiile meteorologice.
• troposfera. Înălțimea variază de la 8 până la 15 km de la suprafața pământului. Aici se formează vremea planetei, deoarece în Acest strat conține cei mai mulți vapori de apă, praf și vânturi. Temperatura scade cu distanța de la suprafața pământului.

Presiunea atmosferică

Deși nu o simțim, straturile atmosferei exercită presiune asupra suprafeței Pământului. Este cel mai înalt lângă suprafață și, pe măsură ce vă îndepărtați de ea, scade treptat. Depinde de diferența de temperatură dintre pământ și ocean și, prin urmare, în zonele situate la aceeași altitudine deasupra nivelului mării există adesea presiuni diferite. Presiunea scăzută aduce vreme umedă, în timp ce presiunea ridicată aduce de obicei vreme senină.

Mișcarea maselor de aer în atmosferă

Iar presiunile forțează straturile inferioare ale atmosferei să se amestece. Așa se ridică vânturile, care suflă din zone cu presiune ridicată în zone cu presiune scăzută. În multe regiuni, vânturile locale apar și din cauza diferențelor de temperatură dintre uscat și mare. Munții au, de asemenea, o influență semnificativă asupra direcției vântului.

Efect de sera

Dioxidul de carbon și alte gaze care formează atmosfera pământului captează căldura de la soare. Acest proces este denumit în mod obișnuit efect de seră, deoarece amintește în multe privințe de circulația căldurii în sere. Efectul de seră provoacă încălzirea globală a planetei. În zonele de înaltă presiune - anticicloni - se instalează vreme senină și însorită. Zonele de joasă presiune - ciclonii - se confruntă de obicei cu vreme instabilă. Căldura și lumina intră în atmosferă. Gazele captează căldura reflectată de pe suprafața pământului, provocând astfel o creștere a temperaturii pe Pământ.

Există un strat special de ozon în stratosferă. Ozonul blochează cea mai mare parte a radiațiilor ultraviolete ale soarelui, protejând Pământul și toată viața de pe el. Oamenii de știință au descoperit că cauza distrugerii stratului de ozon este gazele speciale de dioxid de clorofluorocarbon conținute în unii aerosoli și echipamente de refrigerare. Peste Arctica și Antarctica, au fost descoperite găuri uriașe în stratul de ozon, contribuind la creșterea cantității de radiații ultraviolete care afectează suprafața Pământului.

Ozonul se formează în atmosfera inferioară ca rezultat între radiația solară și diferite gaze și gaze de eșapament. De obicei, este dispersat în atmosferă, dar dacă sub un strat de aer cald se formează un strat închis de aer rece, ozonul se concentrează și apare smog. Din păcate, acest lucru nu poate înlocui ozonul pierdut în găurile de ozon.

O gaură în stratul de ozon deasupra Antarcticii este clar vizibilă în această fotografie prin satelit. Dimensiunea găurii variază, dar oamenii de știință cred că este în continuă creștere. Se fac eforturi pentru a reduce nivelul gazelor de eșapament din atmosferă. Poluarea aerului ar trebui redusă și combustibilii fără fum ar trebui să fie folosiți în orașe. Smogul provoacă iritarea ochilor și sufocarea multor persoane.

Apariția și evoluția atmosferei Pământului

Atmosfera modernă a Pământului este rezultatul unei dezvoltări evolutive îndelungate. A apărut ca urmare a acțiunilor combinate ale factorilor geologici și a activității vitale a organismelor. De-a lungul istoriei geologice, atmosfera pământului a suferit mai multe schimbări profunde. Pe baza datelor geologice și a premiselor teoretice, atmosfera primordială a tânărului Pământ, care a existat în urmă cu aproximativ 4 miliarde de ani, ar putea consta dintr-un amestec de gaze inerte și nobile cu un mic adaos de azot pasiv (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993). În prezent, viziunea asupra compoziției și structurii atmosferei timpurii s-a schimbat oarecum. Atmosfera primară (proto-atmosfera) la cel mai timpuriu stadiu protoplanetar., adică mai veche de 4,2 miliarde. ani, ar putea consta dintr-un amestec de metan, amoniac și dioxid de carbon.Ca urmare a degazării mantalei și a proceselor active de intemperii care au loc la suprafața pământului, vaporii de apă, compușii carbonului sub formă de CO 2 și CO, sulf și Compușii au început să pătrundă în atmosferă, precum și acizi puternici cu halogen - HCI, HF, HI și acid boric, care au fost completați cu metan, amoniac, hidrogen, argon și alte gaze nobile în atmosferă. Această atmosferă primară era extrem de subțire. Prin urmare, temperatura de la suprafața pământului era apropiată de temperatura echilibrului radiativ (A. S. Monin, 1977).

De-a lungul timpului, compoziția gazoasă a atmosferei primare a început să se transforme sub influența proceselor de intemperii ale rocilor proeminente pe suprafața pământului, a activității cianobacteriilor și a algelor albastre-verzi, a proceselor vulcanice și a acțiunii luminii solare. Aceasta a dus la descompunerea metanului în dioxid de carbon, a amoniacului în azot și hidrogen; Dioxidul de carbon, care s-a scufundat încet la suprafața pământului, și azotul au început să se acumuleze în atmosfera secundară. Datorită activității vitale a algelor albastre-verzi, oxigenul a început să fie produs în procesul de fotosinteză, care, totuși, la început a fost cheltuit în principal pentru „oxidarea gazelor atmosferice și apoi a rocilor. În același timp, amoniacul, oxidat în azot molecular, a început să se acumuleze intens în atmosferă. Se presupune că o cantitate semnificativă de azot din atmosfera modernă este relicvă. Metanul și monoxidul de carbon au fost oxidați la dioxid de carbon. Sulful și hidrogenul sulfurat au fost oxidate la SO 2 și SO 3, care, datorită mobilității și ușurinței lor ridicate, au fost îndepărtate rapid din atmosferă. Astfel, atmosfera dintr-o atmosferă reducătoare, așa cum a fost în Archean și Proterozoicul timpuriu, s-a transformat treptat într-una oxidantă.

Dioxidul de carbon a intrat în atmosferă atât ca urmare a oxidării metanului, cât și ca urmare a degazării mantalei și a intemperiilor rocilor. În cazul în care tot dioxidul de carbon eliberat de-a lungul întregii istorii a Pământului a fost păstrat în atmosferă, presiunea sa parțială în prezent ar putea deveni aceeași ca pe Venus (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Dar pe Pământ era la lucru procesul invers. O parte semnificativă a dioxidului de carbon din atmosferă a fost dizolvată în hidrosferă, în care a fost folosit de hidrobionți pentru a-și construi cochiliile și transformat biogen în carbonați. Ulterior, din ei s-au format straturi groase de carbonați chimiogeni și organogeni.

Oxigenul a intrat în atmosferă din trei surse. Multă vreme, începând din momentul apariției Pământului, acesta a fost eliberat în timpul degazării mantalei și a fost cheltuit în principal pe procese oxidative.O altă sursă de oxigen a fost fotodisociarea vaporilor de apă prin radiația solară ultravioletă tare. Aparențe; oxigenul liber din atmosferă a dus la moartea majorității procariotelor care trăiau în condiții reducătoare. Organismele procariote și-au schimbat habitatele. Ei au lăsat suprafața Pământului în adâncurile sale și în zonele în care încă au rămas condițiile de recuperare. Au fost înlocuite cu eucariote, care au început să transforme energetic dioxidul de carbon în oxigen.

În perioada arheană și o parte semnificativă a Proterozoicului, aproape tot oxigenul care a apărut atât în ​​mod abiogen, cât și în cel biogene a fost cheltuit în principal pentru oxidarea fierului și a sulfului. Până la sfârșitul Proterozoicului, tot fierul metalic divalent situat pe suprafața pământului fie s-a oxidat, fie s-a mutat în miezul pământului. Acest lucru a făcut ca presiunea parțială a oxigenului din atmosfera proterozoică timpurie să se schimbe.

În mijlocul Proterozoicului, concentrația de oxigen din atmosferă a ajuns la punctul Juriului și s-a ridicat la 0,01% din nivelul modern. Începând din acest moment, oxigenul a început să se acumuleze în atmosferă și, probabil, deja la sfârșitul Rifeului conținutul său a atins punctul Pasteur (0,1% din nivelul modern). Este posibil ca stratul de ozon să fi apărut în perioada Vendiană și să nu fi dispărut niciodată.

Apariția oxigenului liber în atmosfera pământului a stimulat evoluția vieții și a dus la apariția unor noi forme cu metabolism mai avansat. Dacă mai devreme algele eucariote unicelulare și cianele, care au apărut la începutul Proterozoicului, necesitau un conținut de oxigen în apă de numai 10 -3 din concentrația sa modernă, atunci odată cu apariția Metazoarelor nescheletice la sfârșitul Vendianului timpuriu, adică acum aproximativ 650 de milioane de ani, concentrația de oxigen din atmosferă ar trebui să fie semnificativ mai mare. La urma urmei, Metazoa a folosit respirația cu oxigen și aceasta a necesitat ca presiunea parțială a oxigenului să atingă un nivel critic - punctul Pasteur. În acest caz, procesul de fermentație anaerobă a fost înlocuit cu un metabolism energetic mai promițător și progresiv al oxigenului.

După aceasta, acumularea suplimentară de oxigen în atmosfera pământului a avut loc destul de repede. Creșterea progresivă a volumului algelor albastre-verzi a contribuit la atingerea în atmosferă a nivelului de oxigen necesar pentru susținerea vieții lumii animale. O anumită stabilizare a conținutului de oxigen din atmosferă a avut loc din momentul în care plantele au ajuns pe uscat - acum aproximativ 450 de milioane de ani. Apariția plantelor pe uscat, care a avut loc în perioada siluriană, a dus la stabilizarea finală a nivelului de oxigen din atmosferă. Din acel moment, concentrația sa a început să fluctueze în limite destul de înguste, fără a depăși niciodată limitele existenței vieții. Concentrația de oxigen din atmosferă s-a stabilizat complet de la apariția plantelor cu flori. Acest eveniment a avut loc la mijlocul perioadei Cretacice, adică. acum aproximativ 100 de milioane de ani.

Cea mai mare parte a azotului s-a format în primele etape ale dezvoltării Pământului, în principal din cauza descompunerii amoniacului. Odată cu apariția organismelor, a început procesul de legare a azotului atmosferic în materie organică și de îngropare a acestuia în sedimentele marine. După ce organismele au ajuns pe pământ, azotul a început să fie îngropat în sedimentele continentale. Procesele de prelucrare a azotului liber s-au intensificat mai ales odată cu apariția plantelor terestre.

La trecerea dintre Criptozoic și Fanerozoic, adică acum aproximativ 650 de milioane de ani, conținutul de dioxid de carbon din atmosferă a scăzut la zeci de procente și a atins un conținut apropiat de nivelul modern abia recent, aproximativ 10-20 de milioane de ani. în urmă.

Astfel, compoziția gazoasă a atmosferei nu numai că a oferit spațiu de viață pentru organisme, dar a determinat și caracteristicile activității lor de viață și a contribuit la așezare și evoluție. Perturbările emergente în distribuția compoziției gazoase a atmosferei favorabile organismelor, atât din motive cosmice, cât și planetare, au condus la dispariții în masă ale lumii organice, care au avut loc în mod repetat în timpul Criptozoicului și la anumite limite ale istoriei fanerozoice.

Funcțiile etnosferice ale atmosferei

Atmosfera Pământului furnizează substanțele necesare, energia și determină direcția și viteza proceselor metabolice. Compoziția gazoasă a atmosferei moderne este optimă pentru existența și dezvoltarea vieții. Fiind zona în care se formează vremea și clima, atmosfera trebuie să creeze condiții confortabile pentru viața oamenilor, animalelor și vegetației. Abaterile într-o direcție sau alta în calitatea aerului atmosferic și condițiile meteorologice creează condiții extreme pentru viața florei și faunei, inclusiv a oamenilor.

Atmosfera Pământului nu numai că oferă condițiile existenței umanității, dar este principalul factor în evoluția etnosferei. În același timp, se dovedește a fi o resursă de energie și materie primă pentru producție. În general, atmosfera este un factor care păstrează sănătatea umană, iar unele zone, datorită condițiilor fizico-geografice și calității aerului atmosferic, servesc drept zone de agrement și sunt zone destinate tratamentului sanatoriu-stațiune și recreerii oamenilor. Astfel, atmosfera este un factor de impact estetic și emoțional.

Funcțiile etnosferei și tehnosferei atmosferei, definite destul de recent (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), necesită un studiu independent și aprofundat. Astfel, studiul funcțiilor energiei atmosferice este foarte relevant, atât din punctul de vedere al apariției și funcționării proceselor care dăunează mediului, cât și din punct de vedere al impactului asupra sănătății și bunăstării oamenilor. În acest caz, vorbim despre energia ciclonilor și anticiclonilor, a vârtejurilor atmosferice, a presiunii atmosferice și a altor fenomene atmosferice extreme, a căror utilizare eficientă va contribui la rezolvarea cu succes a problemei obținerii de surse alternative de energie care nu poluează mediu inconjurator. La urma urmei, mediul aerian, în special acea parte a acestuia care se află deasupra Oceanului Mondial, este o zonă în care se eliberează o cantitate colosală de energie liberă.

De exemplu, s-a stabilit că ciclonii tropicali de putere medie eliberează energie echivalentă cu energia a 500 de mii de bombe atomice aruncate pe Hiroshima și Nagasaki într-o singură zi. În 10 zile de existență a unui astfel de ciclon, se eliberează suficientă energie pentru a satisface toate nevoile energetice ale unei țări precum Statele Unite, timp de 600 de ani.

În ultimii ani, au fost publicate un număr mare de lucrări ale oamenilor de știință ai naturii, tratând într-un fel sau altul diverse aspecte ale activității și influența atmosferei asupra proceselor pământești, ceea ce indică intensificarea interacțiunilor interdisciplinare în știința naturală modernă. În același timp, se manifestă rolul integrator al unora dintre direcțiile sale, printre care se remarcă direcția funcțional-ecologică în geoecologie.

Această direcție stimulează analiza și generalizarea teoretică asupra funcțiilor ecologice și rolului planetar al diverselor geosfere, iar aceasta, la rândul său, este o condiție prealabilă importantă pentru dezvoltarea metodologiei și a fundamentelor științifice pentru studiul holistic al planetei noastre, utilizarea rațională și protecția resursele sale naturale.

Atmosfera Pământului este formată din mai multe straturi: troposferă, stratosferă, mezosferă, termosferă, ionosferă și exosferă. În vârful troposferei și în partea de jos a stratosferei se află un strat îmbogățit cu ozon, numit scut de ozon. Au fost stabilite anumite modele (zilnic, sezonier, anual etc.) în distribuția ozonului. De la origine, atmosfera a influențat cursul proceselor planetare. Compoziția primară a atmosferei a fost complet diferită de cea din prezent, dar în timp ponderea și rolul azotului molecular a crescut constant, acum aproximativ 650 de milioane de ani a apărut oxigenul liber, a cărui cantitate a crescut continuu, dar concentrația de dioxid de carbon a scăzut în consecință. Mobilitatea ridicată a atmosferei, compoziția sa de gaze și prezența aerosolilor determină rolul său remarcabil și participarea activă la o varietate de procese geologice și biosferei. Atmosfera joacă un rol important în redistribuirea energiei solare și în dezvoltarea fenomenelor naturale catastrofale și a dezastrelor. Vortexurile atmosferice - tornadele (tornade), uraganele, taifunurile, cicloanele și alte fenomene au un impact negativ asupra lumii organice și sistemelor naturale. Principalele surse de poluare, împreună cu factorii naturali, sunt diversele forme de activitate economică umană. Impactul antropic asupra atmosferei se exprimă nu numai prin apariția diverșilor aerosoli și gaze cu efect de seră, ci și prin creșterea cantității de vapori de apă și se manifestă sub formă de smog și ploi acide. Gazele cu efect de seră modifică regimul de temperatură al suprafeței pământului; emisiile unor gaze reduc volumul stratului de ozon și contribuie la formarea găurilor de ozon. Rolul etnosferic al atmosferei Pământului este mare.

Rolul atmosferei în procesele naturale

Atmosfera de suprafață, în starea sa intermediară între litosferă și spațiul cosmic și compoziția sa gazoasă, creează condiții pentru viața organismelor. În același timp, intemperii și intensitatea distrugerii rocilor, transferul și acumularea de material clastic depind de cantitatea, natura și frecvența precipitațiilor, de frecvența și puterea vântului și mai ales de temperatura aerului. Atmosfera este o componentă centrală a sistemului climatic. Temperatura și umiditatea aerului, înnorarea și precipitațiile, vântul - toate acestea caracterizează vremea, adică starea în continuă schimbare a atmosferei. În același timp, aceleași componente caracterizează clima, adică regimul meteorologic mediu pe termen lung.

Compoziția gazelor, prezența norilor și a diferitelor impurități, care sunt numite particule de aerosoli (cenusa, praf, particule de vapori de apă), determină caracteristicile trecerii radiației solare prin atmosferă și împiedică scăparea radiației termice a Pământului. în spațiul cosmic.

Atmosfera Pământului este foarte mobilă. Procesele care apar în el și modificările compoziției sale de gaz, grosimea, tulbureala, transparența și prezența anumitor particule de aerosoli în el afectează atât vremea, cât și clima.

Acțiunea și direcția proceselor naturale, precum și viața și activitatea pe Pământ, sunt determinate de radiația solară. Acesta furnizează 99,98% din căldura furnizată pe suprafața pământului. În fiecare an, aceasta se ridică la 134 * 10 19 kcal. Această cantitate de căldură poate fi obținută prin arderea a 200 de miliarde de tone de cărbune. Rezervele de hidrogen care creează acest flux de energie termonucleară în masa Soarelui vor dura cel puțin încă 10 miliarde de ani, adică o perioadă de două ori mai lungă decât existența planetei noastre și a ei însăși.

Aproximativ 1/3 din cantitatea totală de energie solară care ajunge la limita superioară a atmosferei este reflectată înapoi în spațiu, 13% este absorbită de stratul de ozon (inclusiv aproape toată radiația ultravioletă). 7% - restul atmosferei și doar 44% ajunge la suprafața pământului. Radiația solară totală care ajunge pe Pământ pe zi este egală cu energia pe care umanitatea a primit-o ca urmare a arderii tuturor tipurilor de combustibil în ultimul mileniu.

Cantitatea și natura distribuției radiației solare pe suprafața pământului depind îndeaproape de înnorabilitatea și transparența atmosferei. Cantitatea de radiație împrăștiată este afectată de înălțimea Soarelui deasupra orizontului, de transparența atmosferei, de conținutul de vapori de apă, de praf, de cantitatea totală de dioxid de carbon etc.

Cantitatea maximă de radiație împrăștiată ajunge în regiunile polare. Cu cât Soarele este mai jos deasupra orizontului, cu atât mai puțină căldură intră într-o anumită zonă a terenului.

Transparența atmosferică și tulbureala sunt de mare importanță. Într-o zi de vară înnorată, este de obicei mai frig decât într-o zi senină, deoarece înnorarea zilei împiedică încălzirea suprafeței pământului.

Prăfuirea atmosferei joacă un rol major în distribuția căldurii. Particulele solide fin dispersate de praf și cenușă găsite în el, care îi afectează transparența, afectează negativ distribuția radiației solare, cea mai mare parte din care este reflectată. Particulele fine intră în atmosferă în două moduri: fie cenușă emisă în timpul erupțiilor vulcanice, fie praf deșertic transportat de vânturile din regiunile tropicale și subtropicale aride. În special, o mulțime de astfel de praf se formează în timpul secetei, când curenții de aer cald îl transportă în straturile superioare ale atmosferei și pot rămâne acolo mult timp. După erupția vulcanului Krakatoa în 1883, praful aruncat zeci de kilometri în atmosferă a rămas în stratosferă timp de aproximativ 3 ani. Ca urmare a erupției din 1985 a vulcanului El Chichon (Mexic), praful a ajuns în Europa și, prin urmare, a avut loc o scădere ușoară a temperaturilor de suprafață.

Atmosfera Pământului conține cantități variabile de vapori de apă. În termeni absoluti în greutate sau volum, cantitatea sa variază de la 2 la 5%.

Vaporii de apă, precum dioxidul de carbon, sporesc efectul de seră. În norii și ceața care apar în atmosferă, au loc procese fizice și chimice deosebite.

Sursa principală de vapori de apă în atmosferă este suprafața Oceanului Mondial. Din el se evaporă anual un strat de apă cu o grosime de 95 până la 110 cm.O parte din umiditate se întoarce în ocean după condensare, iar cealaltă este direcționată de curenții de aer către continente. În zonele cu climat umed variabil, precipitațiile umezesc solul, iar în climatele umede creează rezerve de apă subterană. Astfel, atmosfera este un acumulator de umiditate și un rezervor de precipitații. iar ceața care se formează în atmosferă asigură umiditate acoperirii solului și, prin urmare, joacă un rol decisiv în dezvoltarea florei și faunei.

Umiditatea atmosferică este distribuită pe suprafața pământului datorită mobilității atmosferei. Se caracterizează printr-un sistem foarte complex de distribuție a vântului și a presiunii. Datorită faptului că atmosfera este în mișcare continuă, natura și scara distribuției fluxurilor și presiunii vântului sunt în continuă schimbare. Scara circulației variază de la micrometeorologic, cu o dimensiune de doar câteva sute de metri, până la o scară globală de câteva zeci de mii de kilometri. Vortexurile atmosferice uriașe participă la crearea unor sisteme de curenți de aer la scară largă și determină circulația generală a atmosferei. În plus, sunt surse de fenomene atmosferice catastrofale.

Distribuția condițiilor meteorologice și climatice și funcționarea materiei vii depind de presiunea atmosferică. Dacă presiunea atmosferică fluctuează în limite mici, ea nu joacă un rol decisiv în bunăstarea oamenilor și în comportamentul animalelor și nu afectează funcțiile fiziologice ale plantelor. Modificările de presiune sunt de obicei asociate cu fenomene frontale și schimbările meteorologice.

Presiunea atmosferică este de o importanță fundamentală pentru formarea vântului, care, fiind un factor de formare a reliefului, are un impact puternic asupra lumii animale și vegetale.

Vântul poate suprima creșterea plantelor și, în același timp, poate promova transferul semințelor. Rolul vântului în modelarea condițiilor meteorologice și climatice este mare. De asemenea, acționează ca un regulator al curenților marin. Vântul, ca unul dintre factorii exogeni, contribuie la eroziunea și deflația materialului deteriorat pe distanțe lungi.

Rolul ecologic și geologic al proceselor atmosferice

O scădere a transparenței atmosferei datorită apariției particulelor de aerosoli și a prafului solid în aceasta afectează distribuția radiației solare, crescând albedo sau reflectivitatea. Diverse reacții chimice care provoacă descompunerea ozonului și generarea de nori „perle” formați din vapori de apă duc la același rezultat. Schimbările globale ale reflectivității, precum și modificările gazelor atmosferice, în principal gazele cu efect de seră, sunt responsabile de schimbările climatice.

Încălzirea neuniformă, care provoacă diferențe de presiune atmosferică pe diferite părți ale suprafeței pământului, duce la circulația atmosferică, care este semnul distinctiv al troposferei. Când apare o diferență de presiune, aerul curge din zonele de înaltă presiune în zonele de joasă presiune. Aceste mișcări ale maselor de aer, împreună cu umiditatea și temperatura, determină principalele caracteristici ecologice și geologice ale proceselor atmosferice.

În funcție de viteză, vântul efectuează diverse lucrări geologice pe suprafața pământului. Cu viteza de 10 m/s scutura crengi groase de copaci, ridicand si transportand praf si nisip fin; sparge ramurile copacilor cu viteza de 20 m/s, transporta nisip si pietris; cu o viteză de 30 m/s (furtună) smulge acoperișurile caselor, smulge copaci, rupe stâlpi, mută pietricele și transportă mici moloz, iar un vânt de uragan cu viteza de 40 m/s distruge case, sparge și demolează puterea. aliniază stâlpi, smulge copaci mari.

Vârtejuri și tornade (tornade) - vârtejuri atmosferice care apar în sezonul cald pe fronturi atmosferice puternice, cu viteze de până la 100 m/s, au un mare impact negativ asupra mediului cu consecințe catastrofale. Furtunele sunt vârtejuri orizontale cu viteze ale vântului de uragan (până la 60-80 m/s). Acestea sunt adesea însoțite de ploi puternice și furtuni care durează de la câteva minute până la o jumătate de oră. Furtunele acoperă zone de până la 50 km lățime și parcurg o distanță de 200-250 km. O furtună cu furtună la Moscova și regiunea Moscovei în 1998 a deteriorat acoperișurile multor case și a prăbușit copaci.

Tornadele, numite tornade în America de Nord, sunt vârtejuri atmosferice puternice în formă de pâlnie, adesea asociate cu nori de tunete. Acestea sunt coloane de aer care se îngustează în mijloc, cu un diametru de câteva zeci până la sute de metri. O tornadă are aspectul unei pâlnii, foarte asemănătoare cu trunchiul unui elefant, care coboară din nori sau se ridică de la suprafața pământului. Dispunând de rarefacție puternică și o viteză mare de rotație, o tornadă călătorește până la câteva sute de kilometri, atrăgând praf, apă din rezervoare și diverse obiecte. Tornadele puternice sunt însoțite de furtuni, ploaie și au o mare putere distructivă.

Tornadele apar rar în regiunile subpolare sau ecuatoriale, unde este constant frig sau cald. Sunt puține tornade în oceanul deschis. Tornadele apar în Europa, Japonia, Australia, SUA, iar în Rusia sunt deosebit de frecvente în regiunea Pământului Negru Central, în regiunile Moscova, Yaroslavl, Nijni Novgorod și Ivanovo.

Tornadele ridică și mută mașini, case, trăsuri și poduri. În Statele Unite se observă tornade deosebit de distructive. În fiecare an, există între 450 și 1500 de tornade, cu un număr mediu de morți de aproximativ 100 de persoane. Tornadele sunt procese atmosferice catastrofale cu acțiune rapidă. Se formează în doar 20-30 de minute, iar durata lor de viață este de 30 de minute. Prin urmare, este aproape imposibil de prezis ora și locul tornadelor.

Alte vortexuri atmosferice distructive, dar de lungă durată, sunt ciclonii. Ele se formează datorită unei diferențe de presiune, care în anumite condiții contribuie la apariția unei mișcări circulare a fluxurilor de aer. Vârtejurile atmosferice își au originea în jurul unor fluxuri ascendente puternice de aer cald umed și se rotesc cu viteză mare în sensul acelor de ceasornic în emisfera sudică și în sens invers acelor de ceasornic în nord. Ciclonii, spre deosebire de tornade, își au originea deasupra oceanelor și își produc efectele distructive asupra continentelor. Principalii factori distructivi sunt vânturile puternice, precipitațiile intense sub formă de ninsoare, ploile, grindina și inundațiile. Vânturile cu viteze de 19 - 30 m/s formează o furtună, 30 - 35 m/s - o furtună și mai mult de 35 m/s - un uragan.

Ciclonii tropicali - uragane și taifunuri - au o lățime medie de câteva sute de kilometri. Viteza vântului din interiorul ciclonului atinge forța uraganului. Ciclonii tropicali durează de la câteva zile la câteva săptămâni, mișcându-se cu viteze de la 50 la 200 km/h. Ciclonii de latitudine medie au un diametru mai mare. Dimensiunile lor transversale variază de la o mie la câteva mii de kilometri, iar viteza vântului este furtunoasă. Ele se deplasează în emisfera nordică dinspre vest și sunt însoțite de căderi de grindină și zăpadă, care sunt de natură catastrofală. În ceea ce privește numărul de victime și daunele cauzate, cicloanele și uraganele și taifunurile asociate sunt cele mai mari fenomene atmosferice naturale după inundații. În zonele dens populate din Asia, numărul morților din cauza uraganelor este de mii. În 1991, în timpul unui uragan din Bangladesh, care a provocat formarea valurilor mării de 6 m înălțime, 125 de mii de oameni au murit. Taifunurile provoacă pagube mari Statelor Unite. În același timp, zeci și sute de oameni mor. În Europa de Vest, uraganele produc mai puține pagube.

Furtunile sunt considerate un fenomen atmosferic catastrofal. Ele apar atunci când aerul cald și umed se ridică foarte repede. La granița zonelor tropicale și subtropicale, furtunile apar 90-100 de zile pe an, în zona temperată 10-30 de zile. În țara noastră, cel mai mare număr de furtuni au loc în Caucazul de Nord.

Furtunile durează de obicei mai puțin de o oră. Deosebit de periculoase sunt ploile intense, grindina, fulgerele, rafale de vânt și curenții verticali de aer. Pericolul de grindină este determinat de mărimea pietrelor de grindină. În Caucazul de Nord, masa grindinei a ajuns cândva la 0,5 kg, iar în India s-au înregistrat grindină cu o greutate de 7 kg. Cele mai urban-periculoase zone din țara noastră sunt situate în Caucazul de Nord. În iulie 1992, grindina a avariat 18 aeronave pe aeroportul Mineralnye Vody.

Fenomenele atmosferice periculoase includ fulgerele. Ele ucid oameni, animale, provoacă incendii și deteriorează rețeaua electrică. Aproximativ 10.000 de oameni mor din cauza furtunilor și a consecințelor acestora în fiecare an în întreaga lume. Mai mult, în unele zone din Africa, Franța și SUA, numărul victimelor fulgerelor este mai mare decât al altor fenomene naturale. Prejudiciul economic anual cauzat de furtunile din Statele Unite este de cel puțin 700 de milioane de dolari.

Secetele sunt tipice pentru regiunile deșertice, de stepă și de silvostepă. Lipsa precipitațiilor provoacă uscarea solului, scăderea nivelului apei subterane și a rezervoarelor până când acestea se usucă complet. Deficiența de umiditate duce la moartea vegetației și a culturilor. Secetele sunt deosebit de severe în Africa, Orientul Apropiat și Mijlociu, Asia Centrală și sudul Americii de Nord.

Secetele modifică condițiile de viață ale oamenilor și au un efect negativ asupra mediului natural prin procese precum salinizarea solului, vânturile uscate, furtunile de praf, eroziunea solului și incendiile forestiere. Incendiile sunt deosebit de severe în timpul secetei în regiunile taiga, pădurile tropicale și subtropicale și savane.

Secetele sunt procese pe termen scurt care durează un sezon. Când secetele durează mai mult de două sezoane, există o amenințare de foamete și mortalitate în masă. De obicei, seceta afectează teritoriul uneia sau mai multor țări. Secete prelungite cu consecințe tragice apar mai ales în regiunea Sahel din Africa.

Fenomenele atmosferice precum ninsorile, ploile abundente de scurtă durată și ploile persistente prelungite provoacă pagube mari. Ninsorile provoacă avalanșe masive în munți, iar topirea rapidă a zăpezii căzute și precipitațiile prelungite duc la inundații. Masa uriașă de apă care cade pe suprafața pământului, în special în zonele fără copaci, provoacă eroziune severă a solului. Există o creștere intensă a sistemelor de ravenă. Inundațiile apar ca urmare a inundațiilor mari în perioadele de precipitații abundente sau ape mari după încălzirea bruscă sau topirea de primăvară a zăpezii și, prin urmare, sunt fenomene atmosferice la origine (sunt discutate în capitolul despre rolul ecologic al hidrosferei).

Modificările atmosferice antropice

În prezent, există multe surse antropogenice diferite care provoacă poluarea aerului și duc la perturbări grave ale echilibrului ecologic. În ceea ce privește scara, două surse au cel mai mare impact asupra atmosferei: transportul și industria. În medie, transporturile reprezintă aproximativ 60% din cantitatea totală de poluare atmosferică, industria - 15, energia termică - 15, tehnologiile de distrugere a deșeurilor menajere și industriale - 10%.

Transportul, în funcție de combustibilul utilizat și de tipurile de oxidanți, emite în atmosferă oxizi de azot, sulf, oxizi și dioxizi de carbon, plumb și compușii săi, funingine, benzopiren (substanță din grupa hidrocarburilor aromatice policiclice, care este un puternic cancerigen care provoacă cancer de piele).

Industria emite în atmosferă dioxid de sulf, oxizi și dioxizi de carbon, hidrocarburi, amoniac, hidrogen sulfurat, acid sulfuric, fenol, clor, fluor și alți compuși chimici. Dar poziția dominantă în rândul emisiilor (până la 85%) este ocupată de praf.

Ca urmare a poluării, transparența atmosferei se modifică, provocând aerosoli, smog și ploi acide.

Aerosolii sunt sisteme dispersate formate din particule solide sau picături lichide suspendate într-un mediu gazos. Dimensiunea particulelor fazei dispersate este de obicei de 10 -3 -10 -7 cm.În funcție de compoziția fazei dispersate, aerosolii sunt împărțiți în două grupe. Unul include aerosoli constând din particule solide dispersate într-un mediu gazos, al doilea include aerosoli care sunt un amestec de faze gazoase și lichide. Primele se numesc fumuri, iar cele din urmă - ceață. În procesul de formare, centrele de condensare joacă un rol important. Ca nuclee de condensare acționează cenușa vulcanică, praful cosmic, produsele industriale de emisii, diverse bacterii etc.. Numărul de surse posibile de nuclee de concentrare este în continuă creștere. Deci, de exemplu, atunci când iarba uscată este distrusă de incendiu pe o suprafață de 4000 m 2, se formează o medie de 11 * 10 22 nuclee de aerosoli.

Aerosolii au început să se formeze din momentul în care planeta noastră a apărut și au influențat condițiile naturale. Cu toate acestea, cantitatea și acțiunile lor, echilibrate cu ciclul general al substanțelor din natură, nu au provocat modificări profunde ale mediului. Factorii antropogeni ai formării lor au deplasat acest echilibru către supraîncărcări semnificative ale biosferei. Această caracteristică a fost deosebit de evidentă de când omenirea a început să folosească aerosoli special creați atât sub formă de substanțe toxice, cât și pentru protecția plantelor.

Cei mai periculoși pentru vegetație sunt aerosolii de dioxid de sulf, fluorură de hidrogen și azot. Când vin în contact cu suprafața umedă a frunzei, formează acizi care au un efect dăunător asupra viețuitoarelor. Ceața acide pătrunde în organele respiratorii ale animalelor și oamenilor împreună cu aerul inhalat și au un efect agresiv asupra membranelor mucoase. Unele dintre ele descompun țesutul viu, iar aerosolii radioactivi provoacă cancer. Dintre izotopii radioactivi, Sg 90 este deosebit de periculos nu numai pentru carcinogenitatea sa, ci și ca analog al calciului, înlocuindu-l în oasele organismelor, provocând descompunerea acestora.

În timpul exploziilor nucleare, în atmosferă se formează nori de aerosoli radioactivi. Particulele mici cu o rază de 1 - 10 microni cad nu numai în straturile superioare ale troposferei, ci și în stratosferă, unde pot rămâne mult timp. Norii de aerosoli se formează și în timpul funcționării reactoarelor din instalațiile industriale care produc combustibil nuclear, precum și ca urmare a accidentelor la centralele nucleare.

Smogul este un amestec de aerosoli cu faze lichide și solide dispersate, care formează o perdea de ceață peste zonele industriale și orașele mari.

Există trei tipuri de smog: înghețat, umed și uscat. Smogul de gheață se numește smog din Alaska. Aceasta este o combinație de poluanți gazoși cu adăugarea de particule de praf și cristale de gheață care apar atunci când picăturile de ceață și abur de la sistemele de încălzire îngheață.

Smogul umed, sau smogul de tip londonez, este uneori numit smog de iarnă. Este un amestec de poluanți gazoși (în principal dioxid de sulf), particule de praf și picături de ceață. Condiția meteorologică pentru apariția smogului de iarnă este vremea fără vânt, în care un strat de aer cald este situat deasupra stratului de aer rece al solului (sub 700 m). În acest caz, nu există doar schimb orizontal, ci și vertical. Poluanții, de obicei dispersați în straturi înalte, se acumulează în acest caz în stratul de suprafață.

Smogul uscat apare în timpul verii și este adesea numit smog de tip Los Angeles. Este un amestec de ozon, monoxid de carbon, oxizi de azot și vapori acizi. Un astfel de smog se formează ca urmare a descompunerii poluanților de către radiația solară, în special partea sa ultravioletă. Condiția meteorologică este inversiunea atmosferică, exprimată prin apariția unui strat de aer rece deasupra aerului cald. De obicei, gazele și particulele solide ridicate de curenții de aer cald sunt apoi dispersate în straturile superioare reci, dar în acest caz se acumulează în stratul de inversare. În procesul de fotoliză, dioxizii de azot formați în timpul arderii combustibilului în motoarele auto se descompun:

NU 2 → NU + O

Apoi are loc sinteza ozonului:

O + O 2 + M → O 3 + M

NU + O → NU 2

Procesele de fotodisociere sunt însoțite de o strălucire galben-verde.

În plus, au loc reacții de tipul: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, adică se formează acid sulfuric puternic.

Odată cu schimbarea condițiilor meteorologice (apariția vântului sau schimbarea umidității), aerul rece se risipește și smogul dispare.

Prezența substanțelor cancerigene în smog duce la probleme de respirație, iritații ale mucoaselor, tulburări circulatorii, sufocare astmatică și adesea moarte. Smogul este deosebit de periculos pentru copiii mici.

Ploaia acidă este precipitații atmosferice acidulate prin emisiile industriale de oxizi de sulf, azot și vapori de acid percloric și clor dizolvați în ei. În procesul de ardere a cărbunelui și gazului, cea mai mare parte a sulfului conținut în acesta, atât sub formă de oxid, cât și în compuși cu fier, în special în pirit, pirotit, calcopirit etc., este transformat în oxid de sulf, care împreună cu dioxid de carbon, este emis în atmosferă. Când azotul atmosferic și emisiile tehnice se combină cu oxigenul, se formează diverși oxizi de azot, iar volumul de oxizi de azot format depinde de temperatura de ardere. Cea mai mare parte a oxizilor de azot apare în timpul funcționării vehiculelor și a locomotivelor diesel, iar o parte mai mică apare în sectorul energetic și întreprinderile industriale. Oxizii de sulf și azot sunt principalii formatori de acizi. La reacția cu oxigenul atmosferic și vaporii de apă conținuti în acesta, se formează acizi sulfuric și azotic.

Se știe că echilibrul alcalino-acid al mediului este determinat de valoarea pH-ului. Un mediu neutru are o valoare a pH-ului de 7, un mediu acid are o valoare a pH-ului de 0, iar un mediu alcalin are o valoare a pH-ului de 14. În epoca modernă, valoarea pH-ului apei de ploaie este de 5,6, deși în trecutul recent este era neutru. O scădere a valorii pH-ului cu unu corespunde unei creșteri de zece ori a acidității și, prin urmare, în prezent, ploaia cu aciditate crescută cade aproape peste tot. Aciditatea maximă a ploii înregistrată în Europa de Vest a fost de 4-3,5 pH. Trebuie luat în considerare faptul că o valoare a pH-ului de 4-4,5 este letală pentru majoritatea peștilor.

Ploaia acidă are un efect agresiv asupra vegetației Pământului, asupra clădirilor industriale și rezidențiale și contribuie la o accelerare semnificativă a intemperiilor rocilor expuse. Aciditatea crescută împiedică autoreglarea neutralizării solurilor în care nutrienții se dizolvă. La rândul său, acest lucru duce la o scădere bruscă a randamentului și determină degradarea acoperirii vegetale. Aciditatea solului favorizează eliberarea solurilor grele legate, care sunt absorbite treptat de plante, provocând leziuni grave ale țesuturilor și pătrunzând în lanțul alimentar uman.

O modificare a potențialului alcalino-acid al apelor mării, în special în apele de mică adâncime, duce la încetarea reproducerii multor nevertebrate, provoacă moartea peștilor și perturbă echilibrul ecologic al oceanelor.

Ca urmare a ploilor acide, pădurile din Europa de Vest, Țările Baltice, Karelia, Urali, Siberia și Canada sunt expuse riscului de distrugere.

Structura și compoziția atmosferei Pământului, trebuie spus, nu au fost întotdeauna valori constante într-una sau alta perioadă a dezvoltării planetei noastre. Astăzi, structura verticală a acestui element, care are o „grosime” totală de 1,5-2,0 mii km, este reprezentată de mai multe straturi principale, inclusiv:

1. troposfera.
2. Tropopauza.
3. Stratosferă.
4. Stratopauza.
5. Mezosfera și mezopauza.
6. Termosferă.
7. Exosfera.

Elemente de bază ale atmosferei

Troposfera este un strat în care se observă mișcări puternice verticale și orizontale; aici se formează vremea, fenomenele sedimentare și condițiile climatice. Se întinde la 7-8 kilometri de la suprafața planetei aproape peste tot, cu excepția regiunilor polare (până la 15 km acolo). În troposferă, are loc o scădere treptată a temperaturii, cu aproximativ 6,4 ° C cu fiecare kilometru de altitudine. Acest indicator poate diferi pentru diferite latitudini și anotimpuri.

Compoziția atmosferei Pământului în această parte este reprezentată de următoarele elemente și procentele acestora:

Azot - aproximativ 78 la sută;

Oxigen - aproape 21 la sută;

Argon - aproximativ un procent;

Dioxid de carbon - mai puțin de 0,05%.

Compoziție unică până la o altitudine de 90 de kilometri

În plus, aici puteți găsi praf, picături de apă, vapori de apă, produse de combustie, cristale de gheață, săruri marine, multe particule de aerosoli etc. Această compoziție a atmosferei Pământului se observă până la aproximativ nouăzeci de kilometri în altitudine, astfel încât aerul este aproximativ la fel ca compoziție chimică, nu numai în troposferă, ci și în straturile de deasupra. Dar acolo atmosfera are proprietăți fizice fundamental diferite. Stratul care are o compoziție chimică generală se numește homosferă.

Ce alte elemente alcătuiesc atmosfera Pământului? În procente (în volum, în aer uscat) gaze precum kripton (aproximativ 1,14 x 10 -4), xenon (8,7 x 10 -7), hidrogen (5,0 x 10 -5), metan (aproximativ 1,7 x 10 -5) sunt reprezentate aici. 4), protoxid de azot (5,0 x 10 -5) etc. Ca procent din masă, cele mai multe dintre componentele enumerate sunt protoxid de azot și hidrogen, urmate de heliu, cripton etc.

Proprietățile fizice ale diferitelor straturi atmosferice

Proprietățile fizice ale troposferei sunt strâns legate de apropierea acesteia de suprafața planetei. De aici, căldura solară reflectată sub formă de raze infraroșii este îndreptată înapoi în sus, implicând procesele de conducție și convecție. De aceea temperatura scade odată cu distanța de la suprafața pământului. Acest fenomen se observă până la înălțimea stratosferei (11-17 kilometri), apoi temperatura devine aproape neschimbată până la 34-35 km, iar apoi temperatura crește din nou la altitudini de 50 de kilometri (limita superioară a stratosferei) . Între stratosferă și troposferă există un strat intermediar subțire al tropopauzei (până la 1-2 km), unde se observă temperaturi constante deasupra ecuatorului - aproximativ minus 70 ° C și mai jos. Deasupra polilor, tropopauza „se încălzește” vara la minus 45°C; iarna, temperaturile aici fluctuează în jurul valorii de -65°C.

Compoziția gazoasă a atmosferei Pământului include un element atât de important precum ozonul. Există relativ puțin din el la suprafață (zece până la minus a șasea putere de unu la sută), deoarece gazul se formează sub influența luminii solare din oxigenul atomic în părțile superioare ale atmosferei. În special, cel mai mult ozon se află la o altitudine de aproximativ 25 km, iar întregul „ecran de ozon” este situat în zone de la 7-8 km la poli, de la 18 km la ecuator și până la cincizeci de kilometri în total deasupra suprafata planetei.

Atmosfera protejează de radiațiile solare

Compoziția aerului din atmosfera Pământului joacă un rol foarte important în conservarea vieții, deoarece elementele și compozițiile chimice individuale limitează cu succes accesul radiațiilor solare la suprafața pământului și a oamenilor, animalelor și plantelor care trăiesc pe aceasta. De exemplu, moleculele de vapori de apă absorb în mod eficient aproape toate intervalele de radiații infraroșii, cu excepția lungimii în intervalul de la 8 la 13 microni. Ozonul absoarbe radiația ultravioletă până la o lungime de undă de 3100 A. Fără stratul său subțire (doar 3 mm în medie dacă este plasat pe suprafața planetei), doar apă la o adâncime mai mare de 10 metri și peșteri subterane unde radiația solară nu raza poate fi locuita..

Zero Celsius la stratopauză

Între următoarele două niveluri ale atmosferei, stratosferă și mezosferă, există un strat remarcabil - stratopauza. Aproximativ corespunde înălțimii maximelor de ozon și temperatura de aici este relativ confortabilă pentru oameni - aproximativ 0°C. Deasupra stratopauzei, în mezosferă (începe undeva la o altitudine de 50 km și se termină la o altitudine de 80-90 km), se observă din nou o scădere a temperaturii odată cu creșterea distanței de la suprafața Pământului (până la minus 70-80 ° C). ). Meteorii ard de obicei complet în mezosferă.

În termosferă - plus 2000 K!

Compoziția chimică a atmosferei Pământului în termosferă (începe după mezopauză de la altitudini de aproximativ 85-90 până la 800 km) determină posibilitatea unui astfel de fenomen precum încălzirea treptată a straturilor de „aer” foarte rarefiat sub influența radiației solare. . În această parte a „păturii de aer” a planetei, temperaturile variază de la 200 la 2000 K, care sunt obținute datorită ionizării oxigenului (oxigenul atomic este situat peste 300 km), precum și recombinării atomilor de oxigen în molecule. , însoțită de degajarea unei cantități mari de căldură. Termosfera este locul unde apar aurorele.

Deasupra termosferei se află exosfera - stratul exterior al atmosferei, din care atomii de hidrogen ușori și care se mișcă rapid pot scăpa în spațiul cosmic. Compoziția chimică a atmosferei Pământului aici este reprezentată în mare parte de atomi individuali de oxigen în straturile inferioare, atomi de heliu în straturile mijlocii și aproape exclusiv atomi de hidrogen în straturile superioare. Aici predomină temperaturile ridicate - aproximativ 3000 K și nu există presiune atmosferică.

Cum s-a format atmosfera pământului?

Dar, așa cum am menționat mai sus, planeta nu a avut întotdeauna o astfel de compoziție atmosferică. În total, există trei concepte despre originea acestui element. Prima ipoteză sugerează că atmosfera a fost luată prin procesul de acumulare dintr-un nor protoplanetar. Cu toate acestea, astăzi această teorie este supusă unor critici semnificative, deoarece o astfel de atmosferă primară ar fi trebuit să fie distrusă de „vântul” solar de la o stea din sistemul nostru planetar. În plus, se presupune că elementele volatile nu au putut fi reținute în zona de formare a planetelor terestre din cauza temperaturilor prea ridicate.

Compoziția atmosferei primare a Pământului, așa cum sugerează cea de-a doua ipoteză, s-ar fi putut forma din cauza bombardării active a suprafeței de către asteroizi și comete care au sosit din vecinătatea sistemului solar în primele stadii de dezvoltare. Este destul de dificil să confirmi sau să infirmi acest concept.

Experiment la IDG RAS

Cea mai plauzibilă pare să fie a treia ipoteză, care crede că atmosfera a apărut ca urmare a eliberării de gaze din mantaua scoarței terestre cu aproximativ 4 miliarde de ani în urmă. Acest concept a fost testat la Institutul de Geografie al Academiei Ruse de Științe în timpul unui experiment numit „Tsarev 2”, când o probă dintr-o substanță de origine meteorică a fost încălzită în vid. Apoi a fost înregistrată eliberarea de gaze precum H 2, CH 4, CO, H 2 O, N 2 etc.. Prin urmare, oamenii de știință au presupus pe bună dreptate că compoziția chimică a atmosferei primare a Pământului include apă și dioxid de carbon, fluorură de hidrogen ( HF), monoxid de carbon gazos (CO), hidrogen sulfurat (H 2 S), compuși de azot, hidrogen, metan (CH 4), vapori de amoniac (NH 3), argon etc. La formare au participat vaporii de apă din atmosfera primară. al hidrosferei, dioxidul de carbon a fost într-o mai mare măsură în stare legată în substanțele organice și roci, azotul a trecut în compoziția aerului modern și, de asemenea, din nou în roci sedimentare și substanțe organice.

Compoziția atmosferei primare a Pământului nu ar permite oamenilor moderni să se afle în ea fără aparate de respirație, deoarece atunci nu exista oxigen în cantitățile necesare. Acest element a apărut în cantități semnificative în urmă cu un miliard și jumătate de ani, despre care se crede că este în legătură cu dezvoltarea procesului de fotosinteză în alge albastru-verde și alte alge, care sunt cei mai vechi locuitori ai planetei noastre.

Oxigen minim

Faptul că compoziția atmosferei Pământului a fost inițial aproape lipsită de oxigen este indicat de faptul că grafitul (carbonul) ușor oxidat, dar nu oxidat, se găsește în cele mai vechi roci (catarheene). Ulterior, au apărut așa-numitele minereuri de fier cu bandă, care au inclus straturi de oxizi de fier îmbogățiți, ceea ce înseamnă apariția pe planetă a unei puternice surse de oxigen sub formă moleculară. Dar aceste elemente au fost găsite doar periodic (poate că aceleași alge sau alți producători de oxigen au apărut în mici insule dintr-un deșert fără oxigen), în timp ce restul lumii era anaerob. Acesta din urmă este susținut de faptul că pirita ușor oxidată a fost găsită sub formă de pietricele prelucrate prin curgere fără urme de reacții chimice. Deoarece apele curgătoare nu pot fi aerate slab, s-a dezvoltat punctul de vedere că atmosfera dinaintea Cambrianului conținea mai puțin de unu la sută din compoziția de oxigen de astăzi.

Schimbare revoluționară în compoziția aerului

Aproximativ la mijlocul Proterozoicului (acum 1,8 miliarde de ani), a avut loc o „revoluție a oxigenului” când lumea a trecut la respirația aerobă, timp în care 38 pot fi obținute dintr-o moleculă de nutrient (glucoză) și nu două (ca în cazul respiraţie anaerobă) unităţi de energie. Compoziția atmosferei Pământului, în ceea ce privește oxigenul, a început să depășească un procent din ceea ce este astăzi și a început să apară un strat de ozon, care protejează organismele de radiații. De la ea, de exemplu, animale străvechi precum trilobiții „s-au ascuns” sub scoici groase. De atunci și până în epoca noastră, conținutul principalului element „respirator” a crescut treptat și lent, asigurând diversitatea dezvoltării formelor de viață de pe planetă.

O modificare a compoziției atmosferei duce la un impact asupra regimului de radiații al atmosferei - acesta este principalul mecanism de influență antropică asupra sistemului climatic global la nivelul actual și așteptat de dezvoltare industrială în următoarele decenii.

Contribuția gazelor atmosferice cu efect de seră (vezi. Efect de sera) constituie cea mai mare parte a acestui impact. Efectul concentrațiilor de gaze cu efect de seră asupra temperaturii este determinat de absorbția radiațiilor cu undă lungă venită de pe Pământ și, în consecință, de o scădere a radiației efective la suprafața pământului. În acest caz, temperaturile maxime cresc, iar temperatura straturilor superioare ale atmosferei scade din cauza pierderilor mari de radiații. Acest efect este sporit de două circumstanțe:

1) o creștere a cantității de vapori de apă din atmosferă în timpul încălzirii, care blochează și radiația cu unde lungi;

2) retragerea gheții polare în timpul încălzirii, ceea ce reduce albedo-ul Pământului la latitudini relativ mari.

Toate gazele cu efect de seră cu durată lungă de viață și ozonul asigură forțare radiativă pozitivă (2,9 ± 0,3 W/m2). Impactul total al radiațiilor al factorilor antropici asociați cu modificările concentrației tuturor gazelor cu efect de seră și aerosolilor este de 1,6 (de la 0,6 la 2,4) W/m2. Toate tipurile de aerosoli creează un efect de radiație direct și indirect prin modificarea albedo-ului norului. Impactul total al aerosolului este negativ (–1,3 ± 0,8 W/m2). Cu toate acestea, fiabilitatea acestor estimări este mult mai mică decât cele obținute pentru gazele cu efect de seră (Raport de evaluare, 2008).

Gaze cu efect de seră din atmosferă care sunt afectate semnificativ de activitățile economice:

– dioxid de carbon(CO2) este cel mai important gaz cu efect de seră în ceea ce privește controlul climatului. În ultimii 250 de ani, a existat o creștere fără precedent a concentrației sale în atmosferă cu 35%. În 2005 a fost de 379 milioane –1;

– metan(CH 4) este al doilea cel mai important gaz cu efect de seră după CO 2 ; concentrația sa a crescut de 2,5 ori față de perioada preindustrială și a ajuns la 1774 ppb în 2005;

– oxid de azot(N2O), concentrația sa a crescut cu 18% până în 2005 față de perioada preindustrială și a însumat 319 miliarde –1; În prezent, aproximativ 40% din cantitatea de N 2 O care intră în atmosferă se datorează activităților economice (îngrășăminte, creșterea animalelor, industria chimică).

Pe orez. 4.7 este prezentat cursul în timp al concentrației de dioxid de carbon ( A), metan ( b) și protoxid de azot ( V) în atmosferă și modificările acestora în ultimii 10.000 de ani și din 1750. Cursul temporal a fost obținut din măsurători în depozitele de gheață de la diverși cercetători și măsurători în atmosferă. Figura arată clar creșterea progresivă a CO 2 și a altor gaze în timpul erei industriale.

Conform raportului de evaluare al patrulea IPCC (2007), în perioada industrială se constată o creștere semnificativă a concentrațiilor atmosferice ale gazelor climatice active. Astfel, în ultimii 250 de ani, concentrațiile atmosferice de dioxid de carbon (CO 2) au crescut de la 280 la 379 ppm (părți per milion pe unitate de volum). Concentrația actuală a gazelor cu efect de seră în atmosferă, determinată de analiza bulelor de aer din nucleele de gheață care au păstrat compoziția atmosferei antice a Antarcticii, este mult mai mare decât oricând în ultimii 10 mii de ani. Concentrațiile globale de metan din atmosferă au crescut de la 715 la 1.774 ppb (părți pe miliard pe unitate de volum) în timpul erei industriale. Cea mai dramatică creștere a concentrațiilor de gaze cu efect de seră a fost observată în ultimele decenii, ducând la încălzirea atmosferei.

Deci procesul încălzirea climatică modernă are loc pe fundalul durabilității creșterea concentrației de gaze cu efect de seră, și în primul rând, dioxidul de carbon (CO 2). Astfel, conform datelor pentru 1999, emisiile de CO 2 ca urmare a activității umane, din arderea combustibililor fosili, au ajuns la 6,2 miliarde de tone în 1996, adică de aproape 4 ori mai mult decât în ​​1950. Din 1750 până în 2000, a existat o creștere a concentrației de dioxid de carbon în atmosferă cu 31% (Perevedentsev Yu.P., 2009).

Cursul de timp al concentrației de CO 2 la stația rusă Teriberka (Figura 4.8) arată că rata medie de creștere a CO 2 pe 20 de ani a fost de 1,7 milioane –1 pe an, cu fluctuații sezoniere semnificative egale cu 15÷20 milioane –1.

Orez. 2.8. Cursul temporal al concentrației de CO 2 în atmosferă la stația Teriberka (Peninsula Kola) pentru perioada de observație din 1988. Punctele și liniile arată măsurători unice ( 1 ), variație sezonieră netezită ( 2 ) și tendința pe termen lung ( 3 ) Concentrație de CO 2 CO 2, ppm (OD, 2008)

Mecanismul efectului de seră se explică prin diferența dintre capacitatea de absorbție a atmosferei pentru radiațiile solare care vin pe Pământ și radiațiile care părăsesc Pământul. Pământul primește radiații de la Soare într-o bandă largă a spectrului cu o lungime de undă medie de aproximativ 0,5 microni, iar această radiație cu undă scurtă aproape trece prin atmosferă. Pământul emite energia primită aproape ca un corp complet negru în intervalul de unde lungi, infraroșu, cu o lungime de undă medie de aproximativ 10 microni. În acest interval, multe gaze (CO 2 , CH 4 , H 2 O etc.) au numeroase benzi de absorbție; aceste gaze absorb radiația, ca urmare eliberează căldură și, în cea mai mare parte, încălzesc atmosfera. Dioxidul de carbon absoarbe intens radiațiile provenite de pe Pământ în intervalul 12-18 microni și este unul dintre principalii factori care asigură efectul de seră (Perevedentsev Yu.P., 2009).

Încălzirea climatică modernă. Faptul că clima modernă se schimbă este recunoscut de toată lumea, deoarece atât măsurătorile instrumentale, cât și indicatorii naturali indică un lucru: în ultimele decenii a avut loc o încălzire semnificativă a climei planetei. În ultimul secol (1906–2005), o rețea meteorologică terestră a înregistrat o creștere semnificativă a temperaturii medii globale la suprafața Pământului cu 0,74 °C. Dezacordurile apar atunci când se discută cauzele încălzirii. În al patrulea raport de evaluare, experții IPCC (2007) trag concluzii cu privire la cauzele încălzirii observate: probabilitatea ca schimbările climatice din ultimii 50 de ani să se fi produs fără influență externă (antropică) este evaluată ca fiind extrem de scăzută (<5%). С высокой степенью вероятности (>90%) afirmă că schimbările observate în ultimii 50 de ani sunt cauzate nu numai de influențe naturale, ci și externe. Cu un nivel de încredere de peste 90%, raportul afirmă că concentrațiile în creștere ale gazelor cu efect de seră antropice sunt responsabile pentru cea mai mare parte a încălzirii globale de la mijlocul secolului al XX-lea.

Există și alte puncte de vedere asupra cauzelor încălzirii - un factor intern, variabilitatea naturală care provoacă fluctuații de temperatură, atât în ​​direcția încălzirii, cât și în direcția răcirii. Astfel, în lucrare (Datsenko N.M., Monin A.S., Sonechkin D.M., 2004), susținătorii acestui concept indică faptul că perioada celei mai intense creșteri a temperaturii globale a secolului XX (anii 90) se încadrează pe ramura ascendentă a anilor 60. fluctuaţiile de vară, identificate de acestea în indicii care caracterizează starea termică şi de circulaţie a atmosferei. În același timp, se sugerează că fluctuațiile climatice moderne sunt o consecință a reacțiilor neliniare ale sistemului climatic la influențe externe cvasi-periodice (cicluri de maree lunar-solară și activitate solară, cicluri de revoluție ale celor mai mari planete ale sistemului solar). în jurul unui centru comun etc.) (Perevedentsev Yu.P. ., 2009).

Pentru prima dată, creșterea emisiilor industriale de CO 2 în atmosferă a fost stabilită de H.E. Suess la începutul anilor 50 ai secolului XX. Pe baza modificărilor raportului de carbon din inelele copacilor, Suess a concluzionat că dioxidul de carbon atmosferic a fost completat cu emisii de CO 2 din arderea combustibililor fosili încă din a doua jumătate a secolului al XIX-lea. El a descoperit că raportul dintre C 14 radioactiv, format constant în atmosferă datorită acțiunii particulelor cosmice, și C 12 stabil a scăzut în ultimele sute de ani ca urmare a „diluției” CO 2 atmosferic de către flux. de CO 2 din combustibilii fosili, care practic nu conțin C (timp de înjumătățire C 14 este egal cu 5730 de ani). Astfel, a fost detectată o creștere a emisiilor industriale de CO 2 în atmosferă pe baza măsurătorilor efectuate în inelele copacilor. Abia în 1958 a început înregistrarea concentrațiilor de CO 2 atmosferice la stația Mauna Loa din Oceanul Pacific.

Orez. 4.7. Cursul de timp al concentrației de dioxid de carbon ( A), metan ( b) și protoxid de azot ( V) în atmosferă și modificările acestora în ultimii 10.000 de ani (panou mare) și din 1750 (panou mai mic introdus în acesta). Rezultatele măsurătorilor în depozitele de gheață (simboluri de diferite culori și configurații) de la diverși cercetători și măsurători în atmosferă (curbă roșie). Scara de evaluări corespunzătoare concentrațiilor măsurate ale impactului radiațiilor este afișată pe panourile mari din partea dreaptă (Raport de evaluare a schimbărilor climatice și a consecințelor acesteia pe teritoriul Federației Ruse (AR), 2008)

Atmosfera Pământului

Atmosfera(din. greaca vecheἀτμός - abur și σφαῖρα - minge) - gaz coajă ( geosferă), înconjurând planeta Pământ. Suprafața sa interioară acoperă hidrosferăși parțial latra, cel exterior se învecinează cu partea apropiată a Pământului a spațiului cosmic.

De obicei se numește setul de ramuri ale fizicii și chimiei care studiază atmosfera fizica atmosferei. Atmosfera determină vreme pe suprafața Pământului, studiind vremea meteorologie, și variații pe termen lung climat - climatologie.

Structura atmosferei

Structura atmosferei

troposfera

Limita sa superioară se află la o altitudine de 8-10 km în latitudini polare, 10-12 km în latitudinile temperate și 16-18 km în latitudini tropicale; mai scăzut iarna decât vara. Stratul inferior, principal al atmosferei. Conține mai mult de 80% din masa totală a aerului atmosferic și aproximativ 90% din toți vaporii de apă prezenți în atmosferă. În troposferă sunt foarte dezvoltate turbulenţăȘi convecție, apărea nori, se dezvoltă cicloniiȘi anticiclonii. Temperatura scade odată cu creșterea altitudinii cu verticala medie gradient 0,65°/100 m

Următoarele sunt acceptate ca „condiții normale” la suprafața Pământului: densitate 1,2 kg/m3, presiune barometrică 101,35 kPa, temperatură plus 20 °C și umiditate relativă 50%. Acești indicatori condiționali au o semnificație pur inginerească.

Stratosferă

Un strat al atmosferei situat la o altitudine de 11 până la 50 km. Caracterizat printr-o ușoară modificare a temperaturii în stratul de 11-25 km (stratul inferior al stratosferei) și o creștere a stratului de 25-40 km de la -56,5 la 0,8 ° CU(stratul superior al stratosferei sau regiunii inversiuni). Atinsă o valoare de aproximativ 273 K (aproape 0 ° C) la o altitudine de aproximativ 40 km, temperatura rămâne constantă până la o altitudine de aproximativ 55 km. Această regiune de temperatură constantă se numește stratopauzași este granița dintre stratosferă și mezosferă.

Stratopauza

Stratul limită al atmosferei dintre stratosferă și mezosferă. În distribuția verticală a temperaturii există un maxim (aproximativ 0 °C).

Mezosfera

Atmosfera Pământului

Mezosfera incepe la o altitudine de 50 km si se extinde pana la 80-90 km. Temperatura scade odată cu înălțimea cu un gradient vertical mediu de (0,25-0,3)°/100 m. Procesul energetic principal este transferul de căldură radiantă. Procese fotochimice complexe care implică radicali liberi, moleculele excitate vibrațional etc., provoacă strălucirea atmosferei.

Mezopauza

Strat de tranziție între mezosferă și termosferă. Există un minim în distribuția verticală a temperaturii (aproximativ -90 °C).

Linia Karman

Înălțimea deasupra nivelului mării, care este acceptată în mod convențional ca graniță între atmosfera Pământului și spațiu.

Termosferă

articolul principal: Termosferă

Limita superioară este de aproximativ 800 km. Temperatura se ridică la altitudini de 200-300 km, unde atinge valori de ordinul a 1500 K, după care rămâne aproape constantă până la altitudini mari. Sub influența radiației solare ultraviolete și de raze X și a radiației cosmice, are loc ionizarea aerului („ aurore") - domenii principale ionosferă se află în interiorul termosferei. La altitudini de peste 300 km predomină oxigenul atomic.

Straturi atmosferice până la o altitudine de 120 km

Exosfera (sfera de împrăștiere)

Exosfera- zona de dispersie, partea exterioară a termosferei, situată peste 700 km. Gazul din exosferă este foarte rarefiat, iar de aici particulele sale se scurg în spațiul interplanetar ( disipare).

Până la o altitudine de 100 km, atmosfera este un amestec omogen, bine amestecat de gaze. În straturile superioare, distribuția gazelor după înălțime depinde de greutățile moleculare ale acestora; concentrația de gaze mai grele scade mai repede cu distanța de la suprafața Pământului. Datorită scăderii densității gazelor, temperatura scade de la 0 °C în stratosferă la −110 °C în mezosferă. Cu toate acestea, energia cinetică a particulelor individuale la altitudini de 200-250 km corespunde unei temperaturi de ~1500 °C. Peste 200 km se observă fluctuații semnificative ale temperaturii și densității gazelor în timp și spațiu.

La o altitudine de aproximativ 2000-3000 km, exosfera se transformă treptat în așa-numita în apropierea vidului spațial, care este umplut cu particule foarte rarefiate de gaz interplanetar, în principal atomi de hidrogen. Dar acest gaz reprezintă doar o parte din materia interplanetară. Cealaltă parte este formată din particule de praf de origine cometă și meteorică. Pe lângă particulele de praf extrem de rarefiate, în acest spațiu pătrunde radiațiile electromagnetice și corpusculare de origine solară și galactică.

Troposfera reprezintă aproximativ 80% din masa atmosferei, stratosfera - aproximativ 20%; masa mezosferei nu este mai mare de 0,3%, termosfera este mai mică de 0,05% din masa totală a atmosferei. Pe baza proprietăților electrice din atmosferă, se disting neutronosfera și ionosfera. În prezent se crede că atmosfera se extinde până la o altitudine de 2000-3000 km.

În funcție de compoziția gazului din atmosferă, ele emit homosferăȘi heterosferă. Heterosferă - Aceasta este zona în care gravitația afectează separarea gazelor, deoarece amestecul lor la o astfel de altitudine este neglijabil. Aceasta implică o compoziție variabilă a heterosferei. Sub ea se află o parte bine amestecată, omogenă a atmosferei, numită homosferă. Limita dintre aceste straturi se numește turbo pauză, se află la o altitudine de aproximativ 120 km.

Proprietăți fizice

Grosimea atmosferei este de aproximativ 2000 - 3000 km de suprafața Pământului. Masa totală aer- (5,1-5,3)×10 18 kg. Masă molară aer curat uscat este 28.966. Presiune la 0 °C la nivelul mării 101.325 kPa; temperatura critica?140,7 °C; presiune critica 3,7 MPa; C p 1,0048×10 3 J/(kg K) (la 0 °C), C v 0,7159 x 103 J/(kg K) (la 0 °C). Solubilitatea aerului în apă la 0 °C este de 0,036%, la 25 °C - 0,22%.

Proprietăți fiziologice și alte proprietăți ale atmosferei

Deja la o altitudine de 5 km deasupra nivelului mării, se dezvoltă o persoană neantrenată lipsa de oxigenși fără adaptare, performanța unei persoane este redusă semnificativ. Zona fiziologică a atmosferei se termină aici. Respirația omului devine imposibilă la o altitudine de 15 km, deși până la aproximativ 115 km atmosfera conține oxigen.

Atmosfera ne furnizează oxigenul necesar pentru respirație. Cu toate acestea, din cauza scăderii presiunii totale a atmosferei, pe măsură ce vă ridicați la altitudine, presiunea parțială a oxigenului scade în mod corespunzător.

Plămânii umani conțin în mod constant aproximativ 3 litri de aer alveolar. Presiune parțială oxigenul din aerul alveolar la presiunea atmosferică normală este de 110 mm Hg. Art., presiunea dioxidului de carbon - 40 mm Hg. Art., si vapori de apa - 47 mm Hg. Artă. Odată cu creșterea altitudinii, presiunea oxigenului scade, iar presiunea totală a vaporilor de apă și dioxid de carbon din plămâni rămâne aproape constantă - aproximativ 87 mm Hg. Artă. Furnizarea de oxigen a plămânilor se va opri complet atunci când presiunea aerului ambiant devine egală cu această valoare.

La o altitudine de aproximativ 19-20 km, presiunea atmosferică scade la 47 mm Hg. Artă. Prin urmare, la această altitudine, apa și lichidul interstițial încep să fiarbă în corpul uman. În afara cabinei presurizate la aceste altitudini, moartea are loc aproape instantaneu. Astfel, din punctul de vedere al fiziologiei umane, „spațiul” începe deja la o altitudine de 15-19 km.

Straturile dense de aer - troposfera și stratosfera - ne protejează de efectele dăunătoare ale radiațiilor. Cu suficientă rarefiere a aerului, la altitudini mai mari de 36 km, agenții ionizanți au un efect intens asupra organismului. radiatii- raze cosmice primare; La altitudini de peste 40 km, partea ultravioletă a spectrului solar este periculoasă pentru oameni.

Pe măsură ce ne ridicăm la o înălțime tot mai mare deasupra suprafeței Pământului, fenomene atât de familiare observate în straturile inferioare ale atmosferei precum propagarea sunetului, apariția aerodinamicii. liftși rezistență, transfer de căldură convecție si etc.

În straturi rarefiate de aer, distribuție sunet se dovedește a fi imposibil. Până la altitudini de 60-90 km, este încă posibilă utilizarea rezistenței aerului și a portanței pentru zborul aerodinamic controlat. Dar pornind de la altitudini de 100-130 km, concepte familiare fiecărui pilot numerele MȘi bariera de sunetîși pierd sensul, există un condițional Linia Karman dincolo de care începe sfera zborului pur balistic, care poate fi controlată doar cu ajutorul forțelor reactive.

La altitudini de peste 100 km, atmosfera este lipsită de o altă proprietate remarcabilă - capacitatea de a absorbi, conduce și transmite energie termică prin convecție (adică prin amestecarea aerului). Aceasta înseamnă că diverse elemente ale echipamentelor de pe stația spațială orbitală nu vor putea fi răcite din exterior în același mod cum se face de obicei pe un avion - cu ajutorul jeturilor de aer și radiatoarelor de aer. La o astfel de înălțime, ca în spațiu în general, singura modalitate de a transfera căldura este Radiație termala.

Compoziția atmosferică

Compoziția aerului uscat

Atmosfera Pământului este formată în principal din gaze și diverse impurități (praf, picături de apă, cristale de gheață, săruri marine, produse de ardere).

Concentrația gazelor care formează atmosfera este aproape constantă, cu excepția apei (H 2 O) și a dioxidului de carbon (CO 2).

Compoziția aerului uscat
Azot
Oxigen
Argon
Apă
Dioxid de carbon
Neon
Heliu
Metan
Krypton
Hidrogen
Xenon
Oxid de azot

Pe lângă gazele indicate în tabel, atmosfera conține SO 2, NH 3, CO, ozon, hidrocarburi, acid clorhidric, HF, cupluri Hg, I 2 , și de asemenea NUși multe alte gaze în cantități mici. Troposfera conține în mod constant un număr mare de particule solide și lichide în suspensie ( aerosoli).

Istoria formării atmosferice

Conform celei mai comune teorii, atmosfera Pământului a avut patru compoziții diferite de-a lungul timpului. Inițial a constat din gaze ușoare ( hidrogenȘi heliu), capturat din spațiul interplanetar. Acesta este așa-numitul atmosfera primara(acum aproximativ patru miliarde de ani). În etapa următoare, activitatea vulcanică activă a dus la saturarea atmosferei cu alte gaze decât hidrogenul (dioxid de carbon, amoniac, vapor de apă). Așa s-a format atmosfera secundara(aproximativ trei miliarde de ani înainte de ziua de azi). Această atmosferă era reconfortantă. În plus, procesul de formare a atmosferei a fost determinat de următorii factori:

scurgerea gazelor ușoare (hidrogen și heliu) în spațiu interplanetar;

reacții chimice care apar în atmosferă sub influența radiațiilor ultraviolete, a descărcărilor de fulgere și a altor factori.

Treptat, acești factori au dus la formare atmosfera tertiara, caracterizată printr-un conținut mult mai scăzut de hidrogen și un conținut mult mai mare de azot și dioxid de carbon (format ca urmare a reacțiilor chimice din amoniac și hidrocarburi).

Azot

Formarea unei cantități mari de N 2 se datorează oxidării atmosferei de amoniac-hidrogen de către O 2 molecular, care a început să iasă de la suprafața planetei ca urmare a fotosintezei, începând cu 3 miliarde de ani. N2 este, de asemenea, eliberat în atmosferă ca urmare a denitrificării nitraților și a altor compuși care conțin azot. Azotul este oxidat de ozon la NO în atmosfera superioară.

Azotul N 2 reacționează numai în condiții specifice (de exemplu, în timpul descărcării unui fulger). Oxidarea azotului molecular de către ozon în timpul descărcărilor electrice este utilizată în producția industrială de îngrășăminte cu azot. Îl pot oxida cu un consum redus de energie și îl pot transforma într-o formă biologic activă. cianobacteriile (alge albastre-verzi)și bacterii nodulare care formează rizobii simbioză Cu leguminoase plante, așa-numitele gunoi de grajd verde.

Oxigen

Compoziția atmosferei a început să se schimbe radical odată cu apariția pe Pământ organisme vii, ca urmare fotosintezăînsoţită de eliberarea de oxigen şi absorbţia dioxidului de carbon. Inițial, oxigenul a fost cheltuit pentru oxidarea compușilor redusi - amoniac, hidrocarburi, formă azotă glandă conţinute în oceane etc. La sfârşitul acestei etape, conţinutul de oxigen din atmosferă a început să crească. Treptat, s-a format o atmosferă modernă cu proprietăți oxidante. Deoarece acest lucru a provocat schimbări grave și abrupte în multe procese care au loc în atmosfera, litosferăȘi biosferă, acest eveniment a fost numit Dezastru de oxigen.

Pe parcursul Fanerozoic compoziția atmosferei și conținutul de oxigen au suferit modificări. Ele s-au corelat în primul rând cu rata de depunere a sedimentului organic. Astfel, în perioadele de acumulare de cărbune, conținutul de oxigen din atmosferă a depășit aparent semnificativ nivelul modern.

Dioxid de carbon

Conținutul de CO 2 din atmosferă depinde de activitatea vulcanică și de procesele chimice din învelișul pământului, dar mai ales - de intensitatea biosintezei și descompunerii materiei organice în biosferă Pământ. Aproape întreaga biomasă actuală a planetei (aproximativ 2,4 × 10 12 tone ) se formează din cauza dioxidului de carbon, azotului și vaporilor de apă conținute în aerul atmosferic. Îngropat în ocean, V mlaștini si in paduri materia organică se transformă în cărbune, uleiȘi gaz natural. (cm. Ciclul geochimic al carbonului)

gaze nobile

Sursa de gaze inerte - argon, heliuȘi cripton- erupții vulcanice și dezintegrarea elementelor radioactive. Pământul în general și atmosfera în special sunt epuizate de gaze inerte în comparație cu spațiul. Se crede că motivul pentru aceasta constă în scurgerea continuă a gazelor în spațiul interplanetar.

Poluarea aerului

Recent, evoluția atmosferei a început să fie influențată de Uman. Rezultatul activităților sale a fost o creștere constantă semnificativă a conținutului de dioxid de carbon din atmosferă datorită arderii combustibililor hidrocarburi acumulați în erele geologice anterioare. Cantități uriașe de CO 2 sunt consumate în timpul fotosintezei și absorbite de oceanele lumii. Acest gaz pătrunde în atmosferă datorită descompunerii rocilor carbonatice și a substanțelor organice de origine vegetală și animală, precum și datorită vulcanismului și activității industriale umane. În ultimii 100 de ani, conținutul de CO 2 din atmosferă a crescut cu 10%, cea mai mare parte (360 de miliarde de tone) provenind din arderea combustibilului. Dacă ritmul de creștere a arderii combustibilului continuă, atunci în următorii 50 - 60 de ani cantitatea de CO 2 din atmosferă se va dubla și ar putea duce la schimbările climatice globale.

Arderea combustibilului este principala sursă de gaze poluante ( CO, NU, ASA DE 2 ). Dioxidul de sulf este oxidat de oxigenul atmosferic la ASA DE 3 în straturile superioare ale atmosferei, care la rândul său interacționează cu apa și vaporii de amoniac și rezultatul acid sulfuric (H 2 ASA DE 4 ) Și sulfat de amoniu ((NH 4 ) 2 ASA DE 4 ) întoarcerea la suprafața Pământului sub forma așa-numitelor. ploaie acidă. Utilizare motoare de combustie internă conduce la o poluare semnificativă a atmosferei cu oxizi de azot, hidrocarburi și compuși ai plumbului ( tetraetil plumb Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Poluarea cu aerosoli a atmosferei este cauzată atât de cauze naturale (erupții vulcanice, furtuni de praf, antrenare de picături de apă de mare și polen de plante etc.), cât și de activități economice umane (exploatarea minereurilor și materialelor de construcție, arderea combustibilului, fabricarea cimentului etc.). ). Eliberarea intensă la scară largă de particule în atmosferă este una dintre posibilele cauze ale schimbărilor climatice de pe planetă.

Învelișul gazos care înconjoară planeta noastră Pământ, cunoscut sub numele de atmosferă, este format din cinci straturi principale. Aceste straturi își au originea pe suprafața planetei, de la nivelul mării (uneori mai jos) și se ridică în spațiul cosmic în următoarea secvență:

• troposfera;
• Stratosferă;
• Mezosfera;
• Termosferă;
• Exosfera.

Diagrama principalelor straturi ale atmosferei terestre

Între fiecare dintre aceste cinci straturi principale se află zone de tranziție numite „pauze” în care apar modificări ale temperaturii, compoziției și densității aerului. Împreună cu pauzele, atmosfera Pământului include un total de 9 straturi.

Troposfera: unde apare vremea

Dintre toate straturile atmosferei, troposfera este cea cu care suntem cel mai familiar (fie că îți dai seama sau nu), din moment ce trăim pe fundul ei - suprafața planetei. Acesta învăluie suprafața Pământului și se extinde în sus pe câțiva kilometri. Cuvântul troposferă înseamnă „schimbarea globului”. Un nume foarte potrivit, deoarece acest strat este locul unde apare vremea noastră de zi cu zi.

Pornind de la suprafața planetei, troposfera se ridică la o înălțime de 6 până la 20 km. Treimea inferioară a stratului, cea mai apropiată de noi, conține 50% din toate gazele atmosferice. Aceasta este singura parte din întreaga atmosferă care respiră. Datorită faptului că aerul este încălzit de jos de suprafața pământului, care absoarbe energia termică a Soarelui, temperatura și presiunea troposferei scad odată cu creșterea altitudinii.

În partea de sus există un strat subțire numit tropopauză, care este doar un tampon între troposferă și stratosferă.

Stratosfera: casa ozonului

Stratosfera este următorul strat al atmosferei. Se întinde de la 6-20 km până la 50 km deasupra suprafeței Pământului. Acesta este stratul în care zboară majoritatea avioanelor comerciale și călătoresc baloanele cu aer cald.

Aici aerul nu curge în sus și în jos, ci se mișcă paralel cu suprafața în curenți de aer foarte mari. Pe măsură ce te ridici, temperatura crește, datorită abundenței de ozon natural (O3), un produs secundar al radiației solare și al oxigenului, care are capacitatea de a absorbi razele ultraviolete dăunătoare ale soarelui (orice creștere a temperaturii cu altitudinea este cunoscută în meteorologie). ca o „inversie”).

Deoarece stratosfera are temperaturi mai calde în partea de jos și temperaturi mai reci în partea de sus, convecția (mișcarea verticală a maselor de aer) este rară în această parte a atmosferei. De fapt, din stratosferă puteți vedea o furtună care dezlănțuie în troposferă, deoarece stratul acționează ca un capac de convecție care împiedică pătrunderea norilor de furtună.

După stratosferă există din nou un strat tampon, numit de data aceasta stratopauză.

Mezosfera: atmosfera mijlocie

Mezosfera este situată la aproximativ 50-80 km de suprafața Pământului. Mezosfera superioară este cel mai rece loc natural de pe Pământ, unde temperaturile pot scădea sub -143°C.

Termosfera: atmosfera superioara

După mezosferă și mezopauză vine termosfera, situată între 80 și 700 km deasupra suprafeței planetei, și conține mai puțin de 0,01% din aerul total din învelișul atmosferic. Temperaturile aici ajung până la +2000° C, dar din cauza subțirii extreme a aerului și a lipsei moleculelor de gaz pentru a transfera căldura, aceste temperaturi ridicate sunt percepute ca fiind foarte reci.

Exosfera: granița dintre atmosferă și spațiu

La o altitudine de aproximativ 700-10.000 km deasupra suprafeței pământului se află exosfera - marginea exterioară a atmosferei, învecinată cu spațiul. Aici sateliții meteo orbitează în jurul Pământului.

Dar ionosfera?

Ionosfera nu este un strat separat, dar de fapt termenul este folosit pentru a se referi la atmosfera între 60 și 1000 km altitudine. Include părțile superioare ale mezosferei, întreaga termosferă și o parte a exosferei. Ionosfera își primește numele deoarece în această parte a atmosferei radiația de la Soare este ionizată atunci când trece prin câmpurile magnetice ale Pământului la și. Acest fenomen este observat de la sol ca aurora boreală.