Yüzde olarak dünya atmosferinin bileşimi. Dünyanın atmosferi

Atmosfer çeşitli gazların karışımıdır. Dünya yüzeyinden 900 km yüksekliğe kadar uzanır, gezegeni güneş ışınlarının zararlı spektrumundan korur ve gezegendeki tüm yaşam için gerekli gazları içerir. Atmosfer güneşin ısısını hapseder, dünya yüzeyini ısıtır ve uygun bir iklim yaratır.

Atmosfer bileşimi

Dünyanın atmosferi esas olarak iki gazdan oluşur: nitrojen (%78) ve oksijen (%21). Ayrıca karbondioksit ve diğer gazların safsızlıklarını da içerir. atmosferde buhar, bulutlardaki nem damlacıkları ve buz kristalleri şeklinde bulunur.

Atmosferin katmanları

Atmosfer, aralarında net sınırların bulunmadığı birçok katmandan oluşur. Farklı katmanların sıcaklıkları birbirinden önemli ölçüde farklıdır.

• Havasız manyetosfer. Burası Dünya uydularının çoğunun Dünya atmosferinin dışına uçtuğu yerdir.
• Ekzosfer (yüzeyden 450-500 km). Neredeyse hiç gaz yok. Bazı hava durumu uyduları ekzosferde uçuyor. Termosfer (80-450 km), üst katmanda 1700°C'ye ulaşan yüksek sıcaklıklarla karakterize edilir.
• Mezosfer (50-80 km). Bu bölgede rakım arttıkça sıcaklık düşer. Atmosfere giren çoğu meteorun (uzay taşı parçaları) yandığı yer burasıdır.
• Stratosfer (15-50 km). Ozon tabakasını, yani Güneş'ten gelen ultraviyole radyasyonu emen bir ozon tabakasını içerir. Bu, Dünya yüzeyine yakın sıcaklıkların artmasına neden olur. Jet uçakları genellikle buraya uçuyor çünkü Bu katmanda görüş çok iyi olup, hava şartlarından kaynaklanan müdahaleler neredeyse yoktur.
• Troposfer. Dünya yüzeyinden yüksekliği 8 ila 15 km arasında değişmektedir. Gezegenin hava koşullarının oluştuğu yer burasıdır. Bu katman en fazla su buharını, tozu ve rüzgarı içerir. Sıcaklık dünya yüzeyinden uzaklaştıkça azalır.

Atmosfer basıncı

Biz hissetmesek de atmosferin katmanları Dünya yüzeyine baskı uygular. Yüzeye yakın yerlerde en yüksek seviyededir ve ondan uzaklaştıkça yavaş yavaş azalır. Kara ve okyanus arasındaki sıcaklık farkına bağlıdır ve bu nedenle deniz seviyesinden aynı yükseklikte bulunan alanlarda genellikle farklı basınçlar bulunur. Alçak basınç yağışlı havayı getirirken, yüksek basınç genellikle açık havayı getirir.

Atmosferdeki hava kütlelerinin hareketi

Ve basınçlar atmosferin alt katmanlarını karışmaya zorlar. Yüksek basınç alanlarından alçak basınç alanlarına doğru esen rüzgarlar bu şekilde ortaya çıkar. Birçok bölgede kara ile deniz arasındaki sıcaklık farkından dolayı yerel rüzgarlar da ortaya çıkar. Dağların rüzgarların yönü üzerinde de önemli bir etkisi vardır.

Sera etkisi

Dünyanın atmosferini oluşturan karbondioksit ve diğer gazlar güneşten gelen ısıyı hapseder. Bu süreç, birçok açıdan seralardaki ısının dolaşımını anımsattığı için genellikle sera etkisi olarak adlandırılıyor. Sera etkisi gezegende küresel ısınmaya neden oluyor. Yüksek basınç alanlarında - antisiklonlar - açık güneşli havalar başlar. Alçak basınç alanları (siklonlar) genellikle dengesiz hava koşullarına maruz kalır. Isı ve ışık atmosfere giriyor. Gazlar dünya yüzeyinden yansıyan ısıyı hapseder ve böylece Dünya'nın sıcaklığının artmasına neden olur.

Stratosferde özel bir ozon tabakası vardır. Ozon, güneşin ultraviyole radyasyonunun çoğunu bloke ederek Dünya'yı ve üzerindeki tüm yaşamı ondan korur. Bilim adamları, ozon tabakasının tahrip edilmesinin nedeninin, bazı aerosollerde ve soğutma ekipmanlarında bulunan özel kloroflorokarbon dioksit gazları olduğunu bulmuşlardır. Kuzey Kutbu ve Antarktika'da, ozon tabakasında devasa delikler keşfedildi ve bu, Dünya yüzeyini etkileyen ultraviyole radyasyon miktarındaki artışa katkıda bulundu.

Ozon, atmosferin alt kısmında, güneş ışınımı ile çeşitli egzoz dumanları ve gazlarının bir araya gelmesi sonucu oluşur. Genellikle atmosfer boyunca dağılır, ancak sıcak hava tabakasının altında kapalı bir soğuk hava tabakası oluşursa ozon yoğunlaşır ve duman oluşur. Ne yazık ki bu, ozon deliklerinde kaybedilen ozonun yerini alamaz.

Bu uydu fotoğrafında Antarktika üzerindeki ozon tabakasındaki delik açıkça görülüyor. Deliğin boyutu değişiklik gösteriyor ancak bilim insanları onun sürekli büyüdüğüne inanıyor. Atmosferdeki egzoz gazlarının seviyesini azaltmak için çalışmalar yapılıyor. Şehirlerde hava kirliliği azaltılmalı ve dumansız yakıtlar kullanılmalıdır. Duman birçok insanda göz tahrişine ve boğulmaya neden olur.

Dünya atmosferinin ortaya çıkışı ve evrimi

Dünyanın modern atmosferi uzun evrimsel gelişimin sonucudur. Jeolojik faktörlerin ve organizmaların hayati aktivitesinin birleşik eylemlerinin bir sonucu olarak ortaya çıktı. Jeolojik tarih boyunca dünyanın atmosferi birçok derin değişime uğramıştır. Jeolojik verilere ve teorik önermelere dayanarak, yaklaşık 4 milyar yıl önce var olan genç Dünya'nın ilkel atmosferi, küçük bir pasif nitrojen ilavesi ile inert ve asal gazların bir karışımından oluşabilir (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993). Şu anda, erken atmosferin bileşimi ve yapısı bir miktar değişmiştir. Bunun sonucunda metan, amonyak ve karbondioksit karışımı oluşabilir. mantonun gazdan arındırılması ve dünya yüzeyinde meydana gelen aktif hava koşulları, su buharı, CO2 ve CO formundaki karbon bileşikleri, kükürt ve bileşikleri ile güçlü halojen asitler - HCI, HF atmosfere girmeye başladı. Atmosferdeki metan, amonyak, hidrojen, argon ve diğer bazı soy gazlarla desteklenen HI ve borik asit. Bu birincil atmosfer son derece inceydi. Bu nedenle dünya yüzeyindeki sıcaklık, ışınımsal denge sıcaklığına yakındı (A.S. Monin, 1977).

Zamanla, birincil atmosferin gaz bileşimi, dünya yüzeyinde çıkıntı yapan kayaların aşınma süreçlerinin, siyanobakterilerin ve mavi-yeşil alglerin aktivitesinin, volkanik süreçlerin ve güneş ışığının etkisinin etkisi altında değişmeye başladı. Bu, metanın karbondioksite, amonyağın nitrojen ve hidrojene ayrışmasına yol açtı; Yavaş yavaş dünya yüzeyine çöken karbondioksit ve ikincil atmosferde nitrojen birikmeye başladı. Mavi-yeşil alglerin hayati aktivitesi sayesinde, fotosentez sürecinde oksijen üretilmeye başlandı, ancak bu başlangıçta esas olarak “atmosferik gazların ve ardından kayaların oksidasyonu için harcanıyordu. Aynı zamanda moleküler nitrojene oksitlenen amonyak atmosferde yoğun bir şekilde birikmeye başladı. Modern atmosferde önemli miktarda nitrojenin kalıntı olduğu varsayılmaktadır. Metan ve karbon monoksit karbondioksite oksitlendi. Kükürt ve hidrojen sülfür, yüksek hareketlilikleri ve hafiflikleri nedeniyle atmosferden hızla uzaklaştırılan SO2 ve SO3'e oksitlendi. Böylece, Archean ve Erken Proterozoyik'te olduğu gibi indirgeyici bir atmosferden gelen atmosfer, yavaş yavaş oksitleyici bir atmosfere dönüştü.

Karbondioksit, hem metanın oksidasyonu hem de mantonun gazının alınması ve kayaların aşınması sonucu atmosfere girdi. Dünyanın tüm tarihi boyunca salınan tüm karbondioksitin atmosferde kalması durumunda, şu andaki kısmi basıncı Venüs'teki ile aynı olabilir (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Ancak Dünya'da tam tersi bir süreç işliyordu. Atmosferdeki karbondioksitin önemli bir kısmı, hidrobiyontlar tarafından kabuklarını oluşturmak için kullanıldığı ve biyojenik olarak karbonatlara dönüştürüldüğü hidrosferde çözüldü. Daha sonra bunlardan kalın kemojenik ve organojenik karbonat tabakaları oluştu.

Oksijen atmosfere üç kaynaktan girdi. Uzun bir süre, Dünya'nın ortaya çıktığı andan itibaren, mantonun gazının giderilmesi sırasında serbest bırakıldı ve esas olarak oksidatif süreçlere harcandı. Bir başka oksijen kaynağı da, su buharının sert ultraviyole güneş ışınımıyla foto ayrışmasıydı. Görünümler; Atmosferdeki serbest oksijen, indirgeyici koşullarda yaşayan prokaryotların çoğunun ölümüne yol açtı. Prokaryotik organizmalar yaşam alanlarını değiştirdi. Dünyanın yüzeyini derinliklerine ve iyileşme koşullarının hala devam ettiği alanlara bıraktılar. Bunların yerini enerjik olarak karbondioksiti oksijene dönüştürmeye başlayan ökaryotlar aldı.

Archean döneminde ve Proterozoyik'in önemli bir bölümünde, hem abiojenik hem de biyojenik yollarla ortaya çıkan oksijenin neredeyse tamamı, esas olarak demir ve kükürtün oksidasyonunda harcandı. Proterozoyik'in sonunda, dünya yüzeyinde bulunan tüm metalik iki değerlikli demir ya oksitlendi ya da dünyanın çekirdeğine taşındı. Bu, erken Proterozoik atmosferdeki kısmi oksijen basıncının değişmesine neden oldu.

Proterozoyik'in ortasında atmosferdeki oksijen konsantrasyonu Jüri noktasına ulaştı ve modern seviyenin %0,01'ine ulaştı. Bu zamandan itibaren atmosferde oksijen birikmeye başladı ve muhtemelen Riphean'ın sonunda içeriği Pasteur noktasına ulaştı (modern seviyenin% 0,1'i). Ozon tabakasının Vendian döneminde ortaya çıkmış olması ve bir daha asla kaybolmaması mümkündür.

Dünya atmosferinde serbest oksijenin ortaya çıkışı, yaşamın evrimini teşvik etti ve daha gelişmiş metabolizmaya sahip yeni formların ortaya çıkmasına yol açtı. Proterozoyik'in başlangıcında ortaya çıkan daha önceki ökaryotik tek hücreli algler ve siyane, sudaki modern konsantrasyonunun yalnızca 10-3'ü kadar bir oksijen içeriğine ihtiyaç duyuyorsa, o zaman Erken Vendian'ın sonunda iskeletsiz Metazoa'nın ortaya çıkmasıyla, yani yaklaşık 650 milyon yıl önce atmosferdeki oksijen konsantrasyonunun önemli ölçüde daha yüksek olması gerekir. Sonuçta Metazoa oksijen solunumunu kullanıyordu ve bu, kısmi oksijen basıncının kritik bir seviyeye, Pasteur noktasına ulaşmasını gerektiriyordu. Bu durumda, anaerobik fermantasyon sürecinin yerini enerji açısından daha umut verici ve ilerleyen bir oksijen metabolizması aldı.

Bundan sonra, dünya atmosferinde oldukça hızlı bir şekilde daha fazla oksijen birikmesi meydana geldi. Mavi-yeşil alglerin hacmindeki giderek artan artış, hayvanlar dünyasının yaşam desteği için gerekli olan atmosferdeki oksijen seviyesinin elde edilmesine katkıda bulundu. Yaklaşık 450 milyon yıl önce, bitkilerin karaya ulaştığı andan itibaren atmosferdeki oksijen içeriğinde belirli bir stabilizasyon meydana geldi. Silüriyen döneminde bitkilerin karaya çıkışı, atmosferdeki oksijen seviyelerinin nihai olarak stabil hale gelmesine yol açtı. O andan itibaren konsantrasyonu oldukça dar sınırlar içinde dalgalanmaya başladı ve hiçbir zaman yaşamın varlığının sınırlarını aşmadı. Atmosferdeki oksijen konsantrasyonu, çiçekli bitkilerin ortaya çıkışından bu yana tamamen sabitlendi. Bu olay Kretase döneminin ortasında meydana geldi, yani. yaklaşık 100 milyon yıl önce.

Azotun büyük kısmı, esas olarak amonyağın ayrışması nedeniyle Dünya'nın gelişiminin ilk aşamalarında oluşmuştur. Organizmaların ortaya çıkmasıyla birlikte atmosferik nitrojenin organik maddeye bağlanması ve deniz çökeltilerine gömülmesi süreci başladı. Organizmalar karaya ulaştıktan sonra nitrojen kıtasal çökeltilere gömülmeye başladı. Serbest nitrojenin işlenmesi süreçleri özellikle kara bitkilerinin ortaya çıkışıyla yoğunlaştı.

Kriptozoik ve Fanerozoik dönemeçte, yani yaklaşık 650 milyon yıl önce, atmosferdeki karbondioksit içeriği yüzde onda birlere inmiş ve modern seviyeye yakın bir içeriğe ancak yakın zamanda, yaklaşık 10-20 milyon yıl içinde ulaşmıştır. evvel.

Böylece atmosferin gaz bileşimi, organizmalara yaşam alanı sağladığı gibi, onların yaşam aktivitelerinin özelliklerini de belirleyerek yerleşme ve evrime katkıda bulunmuştur. Hem kozmik hem de gezegensel nedenlerden dolayı, atmosferdeki gaz bileşiminin organizmalar için uygun dağılımında ortaya çıkan bozulmalar, Kriptozoik sırasında ve Fanerozoik tarihinin belirli sınırlarında defalarca meydana gelen organik dünyanın kitlesel yok oluşlarına yol açtı.

Atmosferin etnosferik fonksiyonları

Dünyanın atmosferi gerekli maddeleri, enerjiyi sağlar ve metabolik süreçlerin yönünü ve hızını belirler. Modern atmosferin gaz bileşimi yaşamın varlığı ve gelişimi için idealdir. Hava ve iklimin oluştuğu alan olan atmosferin, insanların, hayvanların ve bitki örtüsünün yaşamı için konforlu koşullar yaratması gerekir. Atmosferin kalitesindeki ve hava koşullarındaki bir yöndeki sapmalar ve hava koşulları, insanlar da dahil olmak üzere flora ve faunanın yaşamı için aşırı koşullar yaratır.

Dünya'nın atmosferi yalnızca insanlığın varoluş koşullarını sağlamakla kalmaz, aynı zamanda etnosferin evrimindeki ana faktördür. Aynı zamanda üretim için enerji ve hammadde kaynağı olarak ortaya çıkıyor. Genel olarak atmosfer insan sağlığını koruyan bir faktör olup, bazı alanlar fiziki-coğrafi koşullar ve atmosferik hava kalitesi nedeniyle rekreasyon alanı olarak hizmet vermekte olup, insanların sanatoryum-tatil tedavisi ve rekreasyonuna yönelik alanlardır. Dolayısıyla atmosfer estetik ve duygusal etki faktörüdür.

Oldukça yakın zamanda tanımlanan atmosferin etnosfer ve teknosfer fonksiyonları (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), bağımsız ve derinlemesine bir çalışma gerektirir. Bu nedenle, atmosferik enerji fonksiyonlarının incelenmesi, hem çevreye zarar veren süreçlerin oluşumu ve işleyişi açısından hem de insanların sağlığı ve refahı üzerindeki etkisi açısından oldukça önemlidir. Bu durumda, siklonların ve antisiklonların enerjisinden, atmosferik girdaplardan, atmosferik basınçtan ve diğer aşırı atmosferik olaylardan bahsediyoruz; bunların etkin kullanımı, çevreyi kirletmeyen alternatif enerji kaynakları elde etme sorununun başarılı çözümüne katkıda bulunacaktır. çevre. Sonuçta hava ortamı, özellikle de Dünya Okyanusunun üzerinde bulunan kısmı, muazzam miktarda serbest enerjinin açığa çıktığı bir alandır.

Örneğin ortalama kuvvetteki tropikal siklonların, Hiroşima ve Nagazaki'ye bir günde atılan 500 bin atom bombasının enerjisine eşdeğer enerji açığa çıkardığı tespit edilmiştir. Böyle bir kasırganın ortaya çıkmasından sonraki 10 gün içinde, Amerika Birleşik Devletleri gibi bir ülkenin 600 yıllık enerji ihtiyacını karşılamaya yetecek kadar enerji açığa çıkar.

Son yıllarda, doğa bilimcilerin, bir şekilde faaliyetin çeşitli yönlerini ve atmosferin dünyevi süreçler üzerindeki etkisini ele alan çok sayıda çalışması yayınlandı; bu, modern doğa bilimlerinde disiplinlerarası etkileşimlerin yoğunlaştığını gösteriyor. Aynı zamanda, jeoekolojideki işlevsel-ekolojik yöne dikkat etmemiz gereken bazı yönlerin bütünleştirici rolü de ortaya çıkıyor.

Bu yön, çeşitli jeosferlerin ekolojik işlevleri ve gezegensel rolü üzerine analiz ve teorik genellemeyi teşvik eder ve bu da gezegenimizin bütünsel incelenmesi, rasyonel kullanımı ve korunması için metodolojinin ve bilimsel temellerin geliştirilmesi için önemli bir önkoşuldur. doğal kaynakları.

Dünya'nın atmosferi birkaç katmandan oluşur: troposfer, stratosfer, mezosfer, termosfer, iyonosfer ve ekzosfer. Troposferin üst kısmında ve stratosferin alt kısmında ozon kalkanı adı verilen, ozonla zenginleştirilmiş bir katman bulunur. Ozonun dağılımında belirli (günlük, mevsimsel, yıllık vb.) modeller oluşturulmuştur. Atmosfer, kökeninden bu yana gezegensel süreçlerin gidişatını etkilemiştir. Atmosferin birincil bileşimi günümüzden tamamen farklıydı, ancak zamanla moleküler nitrojenin payı ve rolü giderek arttı, yaklaşık 650 milyon yıl önce miktarı sürekli artan serbest oksijen ortaya çıktı, ancak karbondioksit konsantrasyonu buna bağlı olarak azaldı. Atmosferin yüksek hareketliliği, gaz bileşimi ve aerosollerin varlığı, çeşitli jeolojik ve biyosfer süreçlerindeki olağanüstü rolünü ve aktif katılımını belirler. Atmosfer, güneş enerjisinin yeniden dağıtımında ve yıkıcı doğal olayların ve felaketlerin gelişmesinde büyük rol oynar. Atmosferik girdaplar - kasırgalar (kasırgalar), kasırgalar, tayfunlar, kasırgalar ve diğer olayların organik dünya ve doğal sistemler üzerinde olumsuz etkisi vardır. Kirliliğin ana kaynakları, doğal faktörlerle birlikte, insan ekonomik faaliyetinin çeşitli biçimleridir. Atmosfer üzerindeki antropojenik etkiler, yalnızca çeşitli aerosollerin ve sera gazlarının ortaya çıkmasıyla değil, aynı zamanda su buharı miktarındaki artışla da ifade edilir ve kendilerini duman ve asit yağmuru şeklinde gösterir. Sera gazları dünya yüzeyinin sıcaklık rejimini değiştirir; bazı gazların emisyonları ozon tabakasının hacmini azaltır ve ozon deliklerinin oluşumuna katkıda bulunur. Dünya atmosferinin etnosferik rolü büyüktür.

Atmosferin doğal süreçlerdeki rolü

Litosfer ile uzay arasındaki ara durumdaki yüzey atmosferi ve gaz bileşimi, organizmaların yaşamı için koşullar yaratır. Aynı zamanda, kayaların ayrışması ve tahribatının yoğunluğu, kırıntılı malzemenin taşınması ve birikmesi, yağış miktarına, niteliğine ve sıklığına, rüzgarların sıklığına ve gücüne ve özellikle hava sıcaklığına bağlıdır. Atmosfer, iklim sisteminin merkezi bir bileşenidir. Hava sıcaklığı ve nem, bulutluluk ve yağış, rüzgar - tüm bunlar hava durumunu, yani atmosferin sürekli değişen durumunu karakterize eder. Aynı bileşenler aynı zamanda iklimi, yani ortalama uzun vadeli hava rejimini de karakterize eder.

Aerosol parçacıkları (kül, toz, su buharı parçacıkları) adı verilen gazların bileşimi, bulutların ve çeşitli yabancı maddelerin varlığı, güneş ışınımının atmosferden geçiş özelliklerini belirler ve Dünya'nın termal radyasyonunun kaçmasını engeller. uzaya.

Dünyanın atmosferi oldukça hareketlidir. İçinde ortaya çıkan süreçler ve gaz bileşimindeki, kalınlığındaki, bulanıklığından, şeffaflığından ve içindeki bazı aerosol parçacıklarının varlığındaki değişiklikler hem havayı hem de iklimi etkiler.

Doğal süreçlerin etkisi ve yönü ile Dünya üzerindeki yaşam ve aktivite güneş ışınımı tarafından belirlenir. Dünya yüzeyine sağlanan ısının %99,98'ini sağlar. Her yıl bu miktar 134*1019 kcal'dir. Bu miktarda ısı 200 milyar ton kömürün yakılmasıyla elde edilebilmektedir. Güneş kütlesindeki bu termonükleer enerji akışını yaratan hidrojen rezervleri, en az 10 milyar yıl daha, yani gezegenimizin ve kendisinin varlığının iki katı kadar bir süre boyunca dayanacaktır.

Atmosferin üst sınırına ulaşan toplam güneş enerjisi miktarının yaklaşık 1/3'ü uzaya geri yansıtılır, %13'ü ozon tabakası tarafından emilir (neredeyse tüm ultraviyole radyasyon dahil). %7'si atmosferin geri kalanıdır ve yalnızca %44'ü dünya yüzeyine ulaşır. Dünya'ya günde ulaşan toplam güneş ışınımı, insanlığın son bin yılda her türlü yakıtın yakılması sonucu aldığı enerjiye eşittir.

Güneş ışınımının dünya yüzeyindeki dağılımının miktarı ve niteliği, atmosferin bulutluluğuna ve şeffaflığına yakından bağlıdır. Saçılan radyasyon miktarı, Güneş'in ufkun üzerindeki yüksekliğinden, atmosferin şeffaflığından, su buharı içeriğinden, tozdan, toplam karbondioksit miktarından vb. etkilenir.

Dağınık radyasyonun maksimum miktarı kutup bölgelerine ulaşır. Güneş ufkun üzerinde ne kadar alçaksa, arazinin belirli bir alanına o kadar az ısı girer.

Atmosferin şeffaflığı ve bulutluluğu büyük önem taşımaktadır. Bulutlu bir yaz gününde hava genellikle açık olandan daha soğuktur, çünkü gündüz bulutluluğu dünya yüzeyinin ısınmasını engeller.

Atmosferin tozlu olması ısının dağılımında önemli rol oynar. İçinde bulunan ve şeffaflığını etkileyen ince dağılmış katı toz ve kül parçacıkları, çoğu yansıtılan güneş ışınımının dağılımını olumsuz etkiler. İnce parçacıklar atmosfere iki şekilde girer: ya volkanik patlamalar sırasında yayılan kül ya da kurak tropik ve subtropikal bölgelerden gelen rüzgarlarla taşınan çöl tozu. Özellikle kuraklık sırasında, sıcak hava akımları onu atmosferin üst katmanlarına taşıdığında ve orada uzun süre kalabildiğinde bu tür tozların çoğu oluşur. 1883 yılında Krakatoa yanardağının patlamasından sonra atmosfere onlarca kilometre atılan tozlar yaklaşık 3 yıl boyunca stratosferde kaldı. 1985 yılında El Chichon Yanardağı'nın (Meksika) patlaması sonucunda toz Avrupa'ya ulaştı ve bu nedenle yüzey sıcaklıklarında bir miktar düşüş yaşandı.

Dünya atmosferi değişen miktarlarda su buharı içerir. Ağırlık veya hacim olarak mutlak anlamda miktarı %2 ila %5 arasında değişir.

Su buharı da karbondioksit gibi sera etkisini artırır. Atmosferde oluşan bulutlarda ve sislerde kendine özgü fiziksel ve kimyasal işlemler meydana gelir.

Atmosfere su buharının ana kaynağı Dünya Okyanusunun yüzeyidir. Her yıl 95 ila 110 cm kalınlığında bir su tabakası buharlaşır. Nemin bir kısmı yoğunlaşmadan sonra okyanusa geri döner, diğeri ise hava akımları tarafından kıtalara doğru yönlendirilir. Değişken nemli iklime sahip bölgelerde yağış toprağı nemlendirir, nemli iklimlerde ise yeraltı suyu rezervleri oluşturur. Bu nedenle atmosfer, nem biriktirici ve yağış deposudur. atmosferde oluşan sisler toprak örtüsüne nem sağlayarak flora ve faunanın gelişmesinde belirleyici rol oynar.

Atmosferin hareketliliği nedeniyle atmosferik nem dünya yüzeyine dağılır. Çok karmaşık bir rüzgar ve basınç dağılımı sistemi ile karakterize edilir. Atmosferin sürekli hareket halinde olması nedeniyle rüzgar akışlarının ve basıncın dağılımının doğası ve ölçeği sürekli değişmektedir. Dolaşımın ölçeği, yalnızca birkaç yüz metrelik mikrometeorolojik ölçekten, onbinlerce kilometrelik küresel ölçeğe kadar değişmektedir. Büyük atmosferik girdaplar, büyük ölçekli hava akımları sistemlerinin oluşturulmasına katılır ve atmosferin genel dolaşımını belirler. Ek olarak, bunlar felaket niteliğindeki atmosferik olayların kaynaklarıdır.

Hava ve iklim koşullarının dağılımı ve canlıların işleyişi atmosfer basıncına bağlıdır. Atmosfer basıncı küçük sınırlar içinde dalgalanırsa insanların refahı ve hayvanların davranışlarında belirleyici bir rol oynamaz ve bitkilerin fizyolojik fonksiyonlarını etkilemez. Basınçtaki değişiklikler genellikle ön olaylar ve hava değişiklikleriyle ilişkilidir.

Rölyef oluşturan bir faktör olan, hayvanlar ve bitkiler dünyası üzerinde güçlü bir etkiye sahip olan rüzgarın oluşumu için atmosferik basınç temel öneme sahiptir.

Rüzgar bitki büyümesini bastırabilir ve aynı zamanda tohum transferini teşvik edebilir. Rüzgârın hava ve iklim koşullarının şekillenmesindeki rolü büyüktür. Aynı zamanda deniz akıntılarının düzenleyicisi olarak da görev yapar. Rüzgar, dış etkenlerden biri olarak, uzun mesafelerde aşınmış malzemenin aşınmasına ve sönmesine katkıda bulunur.

Atmosfer süreçlerinin ekolojik ve jeolojik rolü

Aerosol parçacıklarının ve katı tozun ortaya çıkması nedeniyle atmosferin şeffaflığının azalması, güneş ışınımının dağılımını etkileyerek albedoyu veya yansıtmayı artırır. Ozonun ayrışmasına ve su buharından oluşan “inci” bulutlarının oluşmasına neden olan çeşitli kimyasal reaksiyonlar aynı sonuca yol açar. Yansımadaki küresel değişikliklerin yanı sıra atmosferik gazlardaki, özellikle de sera gazlarındaki değişiklikler, iklim değişikliğinden sorumludur.

Dünya yüzeyinin farklı kısımlarında atmosferik basınçta farklılıklara neden olan eşit olmayan ısınma, troposferin ayırt edici özelliği olan atmosferik dolaşıma yol açar. Basınç farkı oluştuğunda hava, yüksek basınç alanlarından alçak basınç alanlarına doğru akar. Hava kütlelerinin bu hareketleri nem ve sıcaklıkla birlikte atmosferik süreçlerin temel ekolojik ve jeolojik özelliklerini belirler.

Rüzgâr, hızına bağlı olarak dünya yüzeyinde çeşitli jeolojik işler gerçekleştirir. 10 m/s hızla kalın ağaç dallarını sallayarak tozu ve ince kumu kaldırıp taşıyor; 20 m/s hızla ağaç dallarını kırar, kum ve çakıl taşır; 30 m/s (fırtına) hızıyla evlerin çatılarını söker, ağaçları söker, direkleri kırar, çakıl taşlarını hareket ettirir ve küçük molozları taşır, 40 m/s hızındaki kasırga rüzgarı evleri yok eder, elektrikleri kırar ve yerle bir eder. hat direkleri, büyük ağaçları söker.

Fırtınalar ve kasırgalar (kasırgalar) - sıcak mevsimde güçlü atmosferik cephelerde ortaya çıkan, hızı 100 m/s'ye varan atmosferik girdaplar, felaketle sonuçlanan büyük bir olumsuz çevresel etkiye sahiptir. Kasırgalar, kasırga rüzgar hızlarına (60-80 m/s'ye kadar) sahip yatay kasırgalardır. Bunlara genellikle birkaç dakikadan yarım saate kadar süren şiddetli sağanak ve gök gürültülü sağanak yağışlar eşlik ediyor. Fırtınalar 50 km genişliğe kadar alanları kaplar ve 200-250 km mesafe kat eder. 1998 yılında Moskova ve Moskova bölgesinde yaşanan fırtına birçok evin çatısına zarar verdi ve ağaçları devirdi.

Kuzey Amerika'da kasırga olarak adlandırılan kasırgalar, genellikle fırtına bulutlarıyla ilişkilendirilen, huni şeklindeki güçlü atmosferik girdaplardır. Bunlar, birkaç on ila yüzlerce metre çapında, ortada sivrilen hava sütunlarıdır. Kasırga, bir filin hortumuna çok benzeyen, bulutlardan inen veya dünya yüzeyinden yükselen bir huni görünümüne sahiptir. Güçlü bir seyrekleşmeye ve yüksek bir dönüş hızına sahip olan bir kasırga, birkaç yüz kilometreye kadar yol alarak toz, rezervuarlardan su ve çeşitli nesnelerden su çeker. Güçlü kasırgalara gök gürültülü fırtınalar, yağmur eşlik eder ve büyük bir yıkıcı güce sahiptirler.

Kasırgalar, havanın sürekli soğuk veya sıcak olduğu subpolar veya ekvator bölgelerinde nadiren meydana gelir. Açık okyanusta çok az kasırga var. Kasırgalar Avrupa, Japonya, Avustralya, ABD'de meydana gelir ve Rusya'da özellikle Orta Kara Dünya bölgesinde, Moskova, Yaroslavl, Nizhny Novgorod ve Ivanovo bölgelerinde sık görülür.

Kasırgalar arabaları, evleri, yük arabalarını ve köprüleri kaldırır ve hareket ettirir. Amerika Birleşik Devletleri'nde özellikle yıkıcı kasırgalar gözleniyor. Her yıl 450 ile 1500 arasında kasırga meydana geliyor ve ortalama ölüm oranı yaklaşık 100 kişi oluyor. Kasırgalar hızlı etkili, yıkıcı atmosferik süreçlerdir. Sadece 20-30 dakikada oluşurlar ve ömürleri 30 dakikadır. Bu nedenle kasırgaların zamanını ve yerini tahmin etmek neredeyse imkansızdır.

Diğer yıkıcı fakat uzun ömürlü atmosferik girdaplar ise siklonlardır. Belirli koşullar altında hava akışlarının dairesel hareketinin ortaya çıkmasına katkıda bulunan basınç farkı nedeniyle oluşurlar. Atmosferik girdaplar, güçlü yükselen nemli sıcak hava akımlarının etrafından kaynaklanır ve güney yarımkürede saat yönünde ve kuzeyde saat yönünün tersine yüksek hızda döner. Kasırgaların aksine kasırgalar okyanuslardan kaynaklanır ve kıtalar üzerinde yıkıcı etkiler yaratır. Başlıca yıkıcı faktörler kuvvetli rüzgarlar, kar yağışı şeklinde yoğun yağışlar, sağanak yağışlar, dolu ve taşkınlardır. Hızı 19 - 30 m/s arasında olan rüzgarlar fırtına, 30 - 35 m/s arasında değişen hızlarda fırtına ve 35 m/s'den fazla olan rüzgarlar ise kasırga oluşturur.

Tropikal siklonlar - kasırgalar ve tayfunlar - ortalama birkaç yüz kilometre genişliğe sahiptir. Kasırga içindeki rüzgar hızı kasırga kuvvetine ulaşır. Tropikal siklonlar birkaç günden birkaç haftaya kadar sürer ve 50 ila 200 km/saat hıza ulaşır. Orta enlem siklonlarının çapı daha büyüktür. Enine boyutları bin ila birkaç bin kilometre arasında değişmektedir ve rüzgar hızı fırtınalıdır. Kuzey yarımkürede batıdan hareket ediyorlar ve buna doğası gereği felaket olan dolu ve kar yağışı da eşlik ediyor. Kurbanların sayısı ve verilen hasar açısından kasırgalar ve bunlarla bağlantılı kasırgalar ve tayfunlar, sellerden sonra en büyük doğal atmosferik olaydır. Asya'nın yoğun nüfuslu bölgelerinde kasırgalardan ölenlerin sayısı binlerce. 1991 yılında Bangladeş'te 6 metre yüksekliğinde deniz dalgalarının oluşmasına neden olan kasırgada 125 bin kişi hayatını kaybetmişti. Tayfunlar ABD'ye büyük zarar veriyor. Aynı zamanda onlarca, yüzlerce insan ölüyor. Batı Avrupa'da kasırgalar daha az hasara neden oluyor.

Fırtınalar yıkıcı bir atmosferik olay olarak kabul edilir. Sıcak, nemli hava çok hızlı yükseldiğinde ortaya çıkarlar. Tropikal ve subtropikal bölgelerin sınırında, yılda 90-100 gün, ılıman bölgede ise 10-30 gün gök gürültülü fırtınalar meydana gelir. Ülkemizde en fazla fırtına Kuzey Kafkasya'da meydana gelmektedir.

Fırtınalar genellikle bir saatten az sürer. Şiddetli sağanak yağışlar, dolu, yıldırım çarpmaları, sert rüzgarlar ve dikey hava akımları özellikle tehlikelidir. Dolu tehlikesi dolu tanelerinin büyüklüğüne göre belirlenir. Kuzey Kafkasya'da dolu kütlesi bir zamanlar 0,5 kg'a ulaştı ve Hindistan'da 7 kg ağırlığında dolu taneleri kaydedildi. Ülkemizde kentsel açıdan en tehlikeli alanlar Kuzey Kafkasya'da bulunmaktadır. Temmuz 1992'de Mineralnye Vody havaalanında dolu 18 uçağa zarar verdi.

Tehlikeli atmosferik olaylar arasında yıldırım yer alır. İnsanları ve hayvanları öldürüyorlar, yangınlara neden oluyorlar ve elektrik şebekesine zarar veriyorlar. Dünya çapında her yıl yaklaşık 10.000 kişi fırtınalardan ve bunların sonuçlarından dolayı ölmektedir. Üstelik Afrika, Fransa ve Amerika Birleşik Devletleri'nin bazı bölgelerinde yıldırım kurbanlarının sayısı diğer doğa olaylarından daha fazla. Amerika Birleşik Devletleri'nde fırtınaların yıllık ekonomik zararı en az 700 milyon dolardır.

Kuraklık çöl, bozkır ve orman-bozkır bölgeleri için tipiktir. Yağış eksikliği toprağın kurumasına, yeraltı suyu seviyesinin azalmasına ve rezervuarların tamamen kurumasına neden olur. Nem eksikliği bitki örtüsünün ve mahsullerin ölümüne yol açar. Kuraklık özellikle Afrika, Yakın ve Orta Doğu, Orta Asya ve Kuzey Amerika'nın güneyinde şiddetlidir.

Kuraklık, insanın yaşam koşullarını değiştirir ve toprağın tuzlanması, kuru rüzgarlar, toz fırtınaları, toprak erozyonu ve orman yangınları gibi süreçlerle doğal çevre üzerinde olumsuz etki yaratır. Yangınlar özellikle tayga bölgelerinde, tropik ve subtropikal ormanlarda ve savanlarda kuraklık sırasında şiddetli oluyor.

Kuraklık bir sezon süren kısa süreli süreçlerdir. Kuraklık iki mevsimden fazla sürdüğünde kıtlık ve kitlesel ölüm tehlikesi ortaya çıkar. Tipik olarak kuraklık bir veya daha fazla ülkenin topraklarını etkiler. Trajik sonuçlara yol açan uzun süreli kuraklıklar özellikle Afrika'nın Sahel bölgesinde sıklıkla yaşanıyor.

Kar yağışları, kısa süreli şiddetli yağışlar ve uzun süreli devam eden yağmurlar gibi atmosferik olaylar büyük hasara neden olur. Kar yağışları dağlarda büyük çığlara neden olurken, yağan karların hızla erimesi ve uzun süreli yağışlar su baskınlarına yol açıyor. Özellikle ağaçsız alanlarda yeryüzüne düşen devasa su kütlesi şiddetli toprak erozyonuna neden olur. Oluk kirişi sistemlerinde yoğun bir büyüme var. Seller, yoğun yağış veya yüksek su dönemlerinde, ani ısınma veya karların ilkbaharda erimesi sonrasında meydana gelen büyük sellerin bir sonucu olarak meydana gelir ve bu nedenle, kökeni atmosferik olaylardır (bunlar, hidrosferin ekolojik rolü ile ilgili bölümde tartışılmıştır).

Antropojenik atmosferik değişiklikler

Günümüzde hava kirliliğine neden olan ve ekolojik dengede ciddi bozulmalara yol açan pek çok farklı antropojenik kaynak bulunmaktadır. Ölçekleri açısından atmosfer üzerinde en büyük etkiye sahip iki kaynak vardır: ulaşım ve sanayi. Ortalama olarak ulaşım, toplam atmosferik kirlilik miktarının yaklaşık% 60'ını, sanayi - 15, termal enerji - 15, evsel ve endüstriyel atıkların imhasına yönelik teknolojiler -% 10'unu oluşturmaktadır.

Taşıma, kullanılan yakıta ve oksitleyicilerin türüne bağlı olarak atmosfere azot oksitler, kükürt, karbon oksitleri ve dioksitleri, kurşun ve bileşikleri, kurum, benzopiren (polisiklik aromatik hidrokarbonlar grubundan bir madde) yayar. cilt kanserine neden olan güçlü bir kanserojen).

Endüstri atmosfere kükürt dioksit, karbon oksitler ve dioksitler, hidrokarbonlar, amonyak, hidrojen sülfür, sülfürik asit, fenol, klor, flor ve diğer kimyasal bileşikler yayar. Ancak emisyonlar arasında baskın konum (%85'e kadar) toz tarafından işgal edilmektedir.

Kirlilik sonucunda atmosferin şeffaflığı değişerek aerosollere, dumana ve asit yağmurlarına neden olur.

Aerosoller, gazlı bir ortamda asılı duran katı parçacıklardan veya sıvı damlacıklardan oluşan dağılmış sistemlerdir. Dağınık fazın parçacık boyutu genellikle 10 -3 -10 -7 cm'dir. Dağınık fazın bileşimine bağlı olarak aerosoller iki gruba ayrılır. Bunlardan biri, gazlı bir ortamda dağılmış katı parçacıklardan oluşan aerosolleri içerir, ikincisi ise gazlı ve sıvı fazların bir karışımı olan aerosolleri içerir. Birincisine duman, ikincisine ise sis denir. Oluşum sürecinde yoğunlaşma merkezleri önemli bir rol oynar. Volkanik kül, kozmik toz, endüstriyel emisyon ürünleri, çeşitli bakteriler vb. yoğunlaşma çekirdeği görevi görür. Konsantrasyon çekirdeklerinin olası kaynaklarının sayısı sürekli artmaktadır. Yani örneğin 4000 m2'lik bir alanda kuru otların yangınla yok edilmesi durumunda ortalama 11*1022 aerosol çekirdeği oluşur.

Aerosoller gezegenimizin ortaya çıktığı andan itibaren oluşmaya başladı ve doğal koşulları etkiledi. Bununla birlikte, doğadaki maddelerin genel döngüsüyle dengelenen miktarları ve eylemleri, ciddi çevresel değişikliklere neden olmadı. Oluşumlarındaki antropojenik faktörler bu dengeyi önemli biyosfer aşırı yüklemelerine doğru kaydırmıştır. Bu özellik, insanlığın özel olarak oluşturulmuş aerosolleri hem toksik maddeler formunda hem de bitki koruma amacıyla kullanmaya başlamasından bu yana özellikle belirgindir.

Bitki örtüsü için en tehlikeli olanı kükürt dioksit, hidrojen florür ve nitrojen aerosolleridir. Nemli yaprak yüzeyi ile temas ettiğinde canlılara zarar veren asitler oluştururlar. Asit sisleri, solunan havayla birlikte hayvanların ve insanların solunum organlarına girer ve mukoza zarları üzerinde agresif bir etkiye sahiptir. Bazıları canlı dokuyu bozuyor ve radyoaktif aerosoller kansere neden oluyor. Radyoaktif izotoplar arasında Sr 90, yalnızca kanserojenliği nedeniyle değil, aynı zamanda bir kalsiyum analoğu olarak da özellikle tehlikelidir; organizmaların kemiklerinde yerini alarak ayrışmalarına neden olur.

Nükleer patlamalar sırasında atmosferde radyoaktif aerosol bulutları oluşur. 1 - 10 mikron yarıçaplı küçük parçacıklar sadece troposferin üst katmanlarına değil aynı zamanda uzun süre kalabilecekleri stratosfere de düşer. Aerosol bulutları, nükleer yakıt üreten endüstriyel tesislerdeki reaktörlerin çalışması sırasında ve nükleer santrallerdeki kazalar sonucunda da oluşur.

Duman, endüstriyel alanlar ve büyük şehirler üzerinde sisli bir perde oluşturan, sıvı ve katı dağılmış fazlara sahip aerosollerin bir karışımıdır.

Üç tür duman vardır: buzlu, ıslak ve kuru. Buz dumanına Alaska dumanı denir. Bu, ısıtma sistemlerinden gelen sis ve buhar damlacıkları donduğunda ortaya çıkan toz parçacıkları ve buz kristallerinin eklenmesiyle gaz halindeki kirleticilerin birleşimidir.

Islak duman veya Londra tipi dumana bazen kış dumanı da denir. Gaz halindeki kirleticilerin (esas olarak kükürt dioksit), toz parçacıklarının ve sis damlacıklarının bir karışımıdır. Kış dumanının ortaya çıkmasının meteorolojik ön koşulu, soğuk havanın zemin katmanının üzerinde (700 m'nin altında) bir sıcak hava tabakasının bulunduğu rüzgarsız havadır. Aynı zamanda sadece yatay değil dikey değişim de yoktur. Genellikle yüksek katmanlar halinde dağılmış olan kirleticiler bu durumda yüzey katmanında birikir.

Kuru duman yaz aylarında meydana gelir ve genellikle Los Angeles tipi duman olarak adlandırılır. Ozon, karbon monoksit, nitrojen oksitler ve asit buharlarının bir karışımıdır. Bu tür duman, kirleticilerin güneş ışınımı, özellikle de ultraviyole kısmı tarafından ayrışması sonucu oluşur. Meteorolojik önkoşul, sıcak havanın üzerinde bir soğuk hava tabakasının ortaya çıkmasıyla ifade edilen atmosferik dönüşümdür. Tipik olarak, sıcak hava akımlarıyla kaldırılan gazlar ve katı parçacıklar daha sonra üstteki soğuk katmanlara dağılır, ancak bu durumda ters çevirme katmanında birikirler. Fotoliz sürecinde, otomobil motorlarında yakıtın yanması sırasında oluşan nitrojen dioksitler ayrışır:

HAYIR 2 → HAYIR + O

Daha sonra ozon sentezi meydana gelir:

Ö + Ö2 + M → Ö3 + M

HAYIR + O → HAYIR 2

Foto ayrışma süreçlerine sarı-yeşil bir parıltı eşlik eder.

Ek olarak, şu türden reaksiyonlar meydana gelir: S03 + H20 -> H2S04, yani. güçlü sülfürik asit oluşur.

Meteorolojik koşullardaki bir değişiklikle (rüzgarın ortaya çıkması veya nemdeki değişiklik) soğuk hava dağılır ve duman kaybolur.

Dumandaki kanserojen maddelerin varlığı, solunum problemlerine, mukoza zarının tahrişine, dolaşım bozukluklarına, astımlı boğulmaya ve sıklıkla ölüme yol açar. Duman özellikle küçük çocuklar için tehlikelidir.

Asit yağmuru, kükürt oksitlerin, nitrojenin ve bunların içinde çözünmüş perklorik asit ve klor buharlarının endüstriyel emisyonları ile asitlenen atmosferik yağıştır. Kömür ve gazın yakılması sürecinde, hem oksit formunda hem de demir içeren bileşiklerde, özellikle pirit, pirotit, kalkopirit vb. İçinde bulunan kükürtün çoğu, birlikte kükürt okside dönüştürülür. karbondioksitle birlikte atmosfere salınır. Atmosferdeki nitrojen ve teknik emisyonlar oksijenle birleştiğinde çeşitli nitrojen oksitler oluşur ve oluşan nitrojen oksitlerin hacmi yanma sıcaklığına bağlıdır. Azot oksitlerin büyük bir kısmı araçların ve dizel lokomotiflerin çalışması sırasında ortaya çıkar ve daha küçük bir kısmı enerji sektörü ve endüstriyel işletmelerde ortaya çıkar. Kükürt ve nitrojen oksitler ana asit oluşturuculardır. İçinde bulunan atmosferik oksijen ve su buharı ile reaksiyona girdiğinde sülfürik ve nitrik asitler oluşur.

Ortamın alkali-asit dengesinin pH değeriyle belirlendiği bilinmektedir. Nötr ortamın pH değeri 7, asidik ortamın pH değeri 0, alkali ortamın pH değeri ise 14'tür. Modern çağda yağmur suyunun pH değeri 5,6 iken yakın geçmişte bu değer 5,6'dır. tarafsızdı. PH değerinde bir azalma, asitlikte on kat artışa karşılık gelir ve bu nedenle şu anda asitliği artan yağmur neredeyse her yere yağmaktadır. Batı Avrupa'da kaydedilen maksimum yağmur asitliği 4-3,5 pH idi. Çoğu balık için 4-4,5 pH değerinin öldürücü olduğu dikkate alınmalıdır.

Asit yağmuru, Dünya'nın bitki örtüsü, endüstriyel ve konut binaları üzerinde agresif bir etkiye sahiptir ve açıkta kalan kayaların aşınmasının önemli ölçüde hızlanmasına katkıda bulunur. Artan asitlik, besinlerin çözündüğü toprakların nötralizasyonunun kendi kendini düzenlemesini engeller. Bu da verimde keskin bir düşüşe yol açar ve bitki örtüsünün bozulmasına neden olur. Toprak asitliği, bitkiler tarafından yavaş yavaş emilen, ciddi doku hasarına neden olan ve insanın besin zincirine nüfuz eden bağlı ağır toprakların salınmasını teşvik eder.

Deniz sularının özellikle sığ sularda alkali-asit potansiyelinin değişmesi birçok omurgasız canlının üremesinin durmasına yol açmakta, balıkların ölümüne yol açmakta ve okyanuslardaki ekolojik dengeyi bozmaktadır.

Asit yağmurları nedeniyle Batı Avrupa, Baltık Devletleri, Karelya, Urallar, Sibirya ve Kanada'daki ormanlar yok olma tehlikesiyle karşı karşıya.

Dünya atmosferinin yapısı ve bileşiminin, gezegenimizin gelişiminin bir veya başka döneminde her zaman sabit değerler olmadığı söylenmelidir. Bugün, toplam “kalınlığı” 1,5-2,0 bin km olan bu elementin dikey yapısı, aşağıdakiler de dahil olmak üzere birkaç ana katmanla temsil edilmektedir:

1. Troposfer.
2. Tropopoz.
3. Stratosfer.
4. Stratopoz.
5. Mezosfer ve mezopoz.
6. Termosfer.
7. Ekzosfer.

Atmosferin temel unsurları

Troposfer, güçlü dikey ve yatay hareketlerin gözlendiği bir katmandır; hava, tortul olaylar ve iklim koşullarının oluştuğu yer burasıdır. Kutup bölgeleri hariç (15 km'ye kadar) gezegenin yüzeyinden hemen hemen her yere 7-8 kilometre uzanır. Troposferde sıcaklıkta, her kilometre yükseklikte yaklaşık 6,4°C kadar kademeli bir azalma meydana gelir. Bu gösterge farklı enlemler ve mevsimler için farklılık gösterebilir.

Bu kısımdaki Dünya atmosferinin bileşimi aşağıdaki elementler ve bunların yüzdeleri ile temsil edilir:

Azot - yaklaşık yüzde 78;

Oksijen - neredeyse yüzde 21;

Argon - yaklaşık yüzde bir;

Karbon dioksit -% 0,05'ten az.

90 kilometre yüksekliğe kadar tek kompozisyon

Ayrıca burada toz, su damlacıkları, su buharı, yanma ürünleri, buz kristalleri, deniz tuzları, birçok aerosol parçacığı vb. bulabilirsiniz. Dünya atmosferinin bu bileşimi yaklaşık doksan kilometre yüksekliğe kadar gözlemlenir, dolayısıyla hava Sadece troposferde değil, aynı zamanda üstteki katmanlarda da kimyasal bileşim açısından yaklaşık olarak aynı. Ancak orada atmosfer temelde farklı fiziksel özelliklere sahiptir. Genel bir kimyasal bileşime sahip olan katmana homosfer denir.

Dünya atmosferini başka hangi elementler oluşturur? Yüzde cinsinden (hacim olarak, kuru havada) kripton (yaklaşık 1,14 x 10-4), ksenon (8,7 x 10-7), hidrojen (5,0 x 10-5), metan (yaklaşık 1,7 x 10-5) gibi gazlar burada 4), nitro oksit (5,0 x 10-5) vb. gösterilmektedir. Kütle yüzdesi olarak listelenen bileşenlerin çoğu nitro oksit ve hidrojendir, ardından helyum, kripton vb. gelir.

Farklı atmosferik katmanların fiziksel özellikleri

Troposferin fiziksel özellikleri, gezegenin yüzeyine yakınlığıyla yakından ilgilidir. Buradan kızılötesi ışınlar biçiminde yansıyan güneş ısısı, iletim ve konveksiyon süreçlerini içerecek şekilde yukarıya doğru yönlendirilir. Bu nedenle sıcaklık dünya yüzeyinden uzaklaştıkça düşer. Bu olay stratosferin yüksekliğine (11-17 kilometre) kadar gözlenir, daha sonra sıcaklık 34-35 km'ye kadar neredeyse hiç değişmez ve ardından sıcaklık tekrar 50 kilometre yüksekliğe (stratosferin üst sınırı) yükselir. . Stratosfer ve troposfer arasında, ekvatorun üzerinde - yaklaşık eksi 70 ° C ve altında sabit sıcaklıkların gözlemlendiği ince bir tropopoz ara tabakası (1-2 km'ye kadar) vardır. Kutupların üzerinde tropopoz yazın eksi 45°C'ye kadar “ısınır”; kışın ise sıcaklıklar -65°C civarında dalgalanır.

Dünya atmosferinin gaz bileşimi ozon gibi önemli bir elementi içerir. Gaz, atmosferin üst kısımlarındaki atomik oksijenden gelen güneş ışığının etkisi altında oluştuğundan, yüzeyde nispeten az miktarda bulunur (yüzde birin on üzeri eksi altıncı kuvveti). Özellikle ozon yaklaşık 25 km yükseklikte bulunur ve “ozon ekranının” tamamı kutuplarda 7-8 km, ekvatorda 18 km ve toplamda elli kilometreye kadar olan bölgelerde bulunur. gezegenin yüzeyi.

Atmosfer güneş ışınlarından korur

Bireysel kimyasal elementler ve bileşimler, güneş ışınımının dünya yüzeyine ve üzerinde yaşayan insanlara, hayvanlara ve bitkilere erişimini başarıyla sınırladığından, Dünya atmosferindeki havanın bileşimi yaşamın korunmasında çok önemli bir rol oynar. Örneğin, su buharı molekülleri, 8 ila 13 mikron aralığındaki uzunluklar hariç, neredeyse tüm kızılötesi radyasyon aralıklarını etkili bir şekilde emer. Ozon, 3100 A dalga boyuna kadar ultraviyole ışınımı emer. İnce tabakası olmadan (gezegenin yüzeyine yerleştirildiğinde ortalama sadece 3 mm), yalnızca 10 metreden daha derindeki su ve güneş ışınımının olmadığı yer altı mağaraları ulaşılabilmektedir.

Stratopozda sıfır santigrat

Atmosferin sonraki iki seviyesi olan stratosfer ve mezosfer arasında dikkate değer bir katman vardır: stratopoz. Bu yaklaşık olarak ozon maksimumunun yüksekliğine karşılık gelir ve buradaki sıcaklık insanlar için nispeten rahattır - yaklaşık 0°C. Stratopozun üstünde, mezosferde (50 km yükseklikte bir yerde başlar ve 80-90 km yükseklikte biter), Dünya yüzeyinden uzaklaştıkça (eksi 70-80 ° C'ye) sıcaklıkta yine bir düşüş gözlenir. ). Meteorlar genellikle mezosferde tamamen yanar.

Termosferde - artı 2000 K!

Dünya atmosferinin termosferdeki kimyasal bileşimi (yaklaşık 85-90 ila 800 km yükseklikteki mezopozdan sonra başlar), güneş ışınımının etkisi altında çok seyrekleşmiş “hava” katmanlarının kademeli olarak ısınması gibi bir olgunun olasılığını belirler. . Gezegenin “hava battaniyesinin” bu bölümünde, oksijenin iyonlaşması (atomik oksijen 300 km'nin üzerinde bulunur) ve ayrıca oksijen atomlarının moleküller halinde rekombinasyonu nedeniyle elde edilen sıcaklıklar 200 ila 2000 K arasında değişmektedir. , büyük miktarda ısının açığa çıkmasıyla birlikte. Termosfer, auroraların meydana geldiği yerdir.

Termosferin üstünde, hafif ve hızlı hareket eden hidrojen atomlarının dış uzaya kaçabileceği atmosferin dış katmanı olan ekzosfer bulunur. Buradaki Dünya atmosferinin kimyasal bileşimi çoğunlukla alt katmanlardaki bireysel oksijen atomları, orta katmanlardaki helyum atomları ve üst katmanlardaki neredeyse yalnızca hidrojen atomlarıyla temsil edilir. Burada yüksek sıcaklıklar hakimdir - yaklaşık 3000 K ve atmosferik basınç yoktur.

Dünyanın atmosferi nasıl oluştu?

Ancak yukarıda da belirtildiği gibi gezegen her zaman böyle bir atmosferik bileşime sahip değildi. Toplamda, bu elementin kökenine ilişkin üç kavram vardır. İlk hipotez, atmosferin bir proto-gezegen bulutundan birikim süreci yoluyla alındığını öne sürüyor. Ancak bugün bu teori önemli eleştirilere maruz kalıyor, çünkü böyle bir birincil atmosferin gezegen sistemimizdeki bir yıldızdan gelen güneş "rüzgârı" tarafından yok edilmesi gerekirdi. Ayrıca uçucu elementlerin çok yüksek sıcaklıklar nedeniyle karasal gezegenlerin oluşum bölgesinde tutulamadığı varsayılmaktadır.

İkinci hipotezin öne sürdüğü gibi, Dünya'nın birincil atmosferinin bileşimi, gelişimin erken aşamalarında Güneş sisteminin yakınlarından gelen asteroitler ve kuyruklu yıldızlar tarafından yüzeyin aktif bombardımanı nedeniyle oluşmuş olabilir. Bu kavramı doğrulamak veya çürütmek oldukça zordur.

Coğrafya Enstitüsü RAS'ta Deney

En makul olanı, atmosferin yaklaşık 4 milyar yıl önce yer kabuğunun mantosundan gazların salınması sonucu ortaya çıktığına inanan üçüncü hipotez gibi görünüyor. Bu kavram, Rusya Bilimler Akademisi Coğrafya Enstitüsü'nde, meteorik kökenli bir madde örneğinin vakumda ısıtıldığı "Tsarev 2" adlı bir deney sırasında test edildi. Daha sonra H2, CH4, CO, H2O, N2 vb. gazların salınımı kaydedildi. Bu nedenle, bilim adamları haklı olarak Dünya'nın birincil atmosferinin kimyasal bileşiminin su ve karbondioksit, hidrojen florür içerdiğini varsaydılar. HF), karbon monoksit gazı (CO), hidrojen sülfür (H2S), nitrojen bileşikleri, hidrojen, metan (CH4), amonyak buharı (NH3), argon vb. Oluşumuna birincil atmosferden gelen su buharı katıldı. Hidrosferde, karbondioksit büyük ölçüde organik maddelerde ve kayalarda bağlı haldeydi, nitrojen modern havanın bileşimine ve ayrıca tortul kayaçlara ve organik maddelere geçti.

Dünyanın birincil atmosferinin bileşimi, o zamanlar gerekli miktarlarda oksijen bulunmadığından, modern insanların solunum cihazı olmadan orada bulunmasına izin vermiyordu. Bu elementin, bir buçuk milyar yıl önce önemli miktarlarda ortaya çıktığı ve gezegenimizin en eski sakinleri olan mavi-yeşil alglerde ve diğer alglerde fotosentez sürecinin gelişmesiyle bağlantılı olduğuna inanılıyor.

Minimum oksijen

Dünya atmosferinin bileşiminin başlangıçta neredeyse oksijensiz olduğu gerçeği, en eski (Katarka) kayalarında kolayca oksitlenen, ancak oksitlenmeyen grafitin (karbon) bulunmasıyla gösterilmektedir. Daha sonra, zenginleştirilmiş demir oksit katmanlarını içeren sözde bantlı demir cevherleri ortaya çıktı; bu, gezegende moleküler formda güçlü bir oksijen kaynağının ortaya çıkması anlamına geliyor. Ancak bu elementler yalnızca periyodik olarak bulundu (belki de aynı algler veya diğer oksijen üreticileri, oksijensiz bir çöldeki küçük adalarda ortaya çıktı), dünyanın geri kalanı anaerobikti. İkincisi, kolayca oksitlenen piritin, kimyasal reaksiyon izleri olmadan akışla işlenmiş çakıl taşları formunda bulunmasıyla desteklenmektedir. Akan sular yeterince havalandırılamayacağından, Kambriyen öncesindeki atmosferin bugünkü oksijen bileşiminin yüzde birinden daha azını içerdiği görüşü gelişmiştir.

Hava bileşiminde devrim niteliğinde değişiklik

Yaklaşık olarak Proterozoyik'in ortasında (1,8 milyar yıl önce), dünya aerobik solunuma geçtiğinde bir "oksijen devrimi" meydana geldi; bu sırada bir besin molekülünden (glikoz) iki değil (38) 38 elde edilebiliyordu. anaerobik solunum) enerji birimleri. Dünya atmosferinin oksijen açısından bileşimi bugünkünün yüzde birini aşmaya başladı ve organizmaları radyasyondan koruyan ozon tabakası oluşmaya başladı. Örneğin trilobitler gibi eski hayvanların kalın kabukların altına "saklandığı" ondandı. O zamandan günümüze kadar, ana "solunum" unsurunun içeriği yavaş yavaş artarak gezegendeki yaşam formlarının gelişiminin çeşitliliğini sağladı.

Atmosferin bileşimindeki bir değişiklik, atmosferin radyasyon rejimi üzerinde bir etkiye yol açar - bu, önümüzdeki on yıllarda mevcut ve beklenen endüstriyel gelişme düzeyinde küresel iklim sistemi üzerindeki antropojenik etkinin ana mekanizmasıdır.

Atmosferdeki sera gazlarının katkısı (bkz. Sera etkisi) bu etkinin büyük kısmını oluşturur. Sera gazı konsantrasyonlarının sıcaklık üzerindeki etkisi, Dünya'dan gelen uzun dalga radyasyonun emilmesi ve buna bağlı olarak dünya yüzeyindeki etkin radyasyonun azalmasıyla belirlenir. Bu durumda maksimum sıcaklıklar artar ve büyük radyasyon kayıpları nedeniyle atmosferin üst katmanlarının sıcaklığı düşer. Bu etki iki durumla güçlendirilir:

1) ısınma sırasında atmosferdeki su buharı miktarında artış, bu da uzun dalga radyasyonunu engeller;

2) ısınma sırasında kutup buzunun geri çekilmesi, bu da nispeten yüksek enlemlerde Dünya'nın albedosunu azaltır.

Tüm uzun ömürlü sera gazları ve ozon pozitif ışınımsal zorlama sağlar (2,9 ± 0,3 W/m2). Tüm sera gazları ve aerosollerin konsantrasyonundaki değişikliklerle ilişkili antropojenik faktörlerin toplam radyasyon etkisi 1,6 (0,6'dan 2,4'e) W/m2'dir. Her türlü aerosol, bulut albedosunu değiştirerek doğrudan ve dolaylı olarak radyasyon etkisi yaratır. Toplam aerosol etkisi negatiftir (–1,3 ± 0,8 W/m2). Ancak bu tahminlerin güvenilirliği sera gazları için elde edilenlerden çok daha düşüktür (Değerlendirme Raporu, 2008).

Ekonomik faaliyetlerden önemli ölçüde etkilenen atmosferdeki sera gazları:

– karbon dioksit(CO2)İklim kontrolü açısından en önemli sera gazıdır. Son 250 yılda atmosferdeki konsantrasyonunda %35 oranında benzeri görülmemiş bir artış yaşandı. 2005 yılında bu rakam 379 ppm'e ulaştı;

– metan(CH 4) CO2'den sonra ikinci en önemli sera gazıdır; konsantrasyonu sanayi öncesi döneme göre 2,5 kat artarak 2005 yılında 1774 ppb'ye ulaşmış;

– nitröz oksit(N2O) 2005 yılında yoğunlaşması sanayi öncesi döneme göre %18 artarak 319 milyar –1'e; Şu anda atmosfere giren N 2 O miktarının yaklaşık %40'ı ekonomik faaliyetlerden (gübre, hayvancılık, kimya endüstrisi) kaynaklanmaktadır.

Açık pirinç. 4.7 karbondioksit konsantrasyonunun zaman süreci sunulmaktadır ( A), metan ( B) ve nitröz oksit ( V) atmosferde ve bunların son 10.000 yılda ve 1750'den bu yana meydana gelen değişimleri. Zaman akışı, çeşitli araştırmacıların buz birikintilerindeki ölçümlerden ve atmosferdeki ölçümlerden elde edildi. Şekil, endüstriyel çağda CO2 ve diğer gazlardaki giderek artan artışı açıkça göstermektedir.

IPCC Dördüncü Değerlendirme Raporu'na (2007) göre, sanayi çağında iklim aktif gazların atmosferik konsantrasyonlarında önemli bir artış var. Böylece, son 250 yılda atmosferdeki karbondioksit (CO2) konsantrasyonu 280'den 379 ppm'ye (birim hacim başına milyonda parça) yükseldi. Antarktika'nın antik atmosferinin bileşimini koruyan buz çekirdeklerindeki hava kabarcıklarının analiziyle belirlenen atmosferdeki mevcut sera gazı konsantrasyonu, son 10 bin yıldaki herhangi bir dönemden çok daha yüksek. Küresel atmosferik metan konsantrasyonları sanayi çağında 715 ppb'den (birim hacim başına milyarda parça) 1.774 ppb'ye yükseldi. Sera gazı konsantrasyonlarında en çarpıcı artış son yıllarda gözlendi ve bu da atmosferin ısınmasına neden oldu.

Yani süreç modern iklim ısınması sürdürülebilir bir zeminde gerçekleşir sera gazı konsantrasyonlarındaki artış ve her şeyden önce karbondioksit (CO2). Böylece, 1999 verilerine göre, fosil yakıtların yakılmasından kaynaklanan insan faaliyeti sonucu ortaya çıkan CO2 emisyonları, 1996 yılında 6,2 milyar tona ulaştı; bu, 1950 yılına göre neredeyse 4 kat daha fazla. 1750'den 2000'e kadar atmosferdeki karbondioksit konsantrasyonunda %31 oranında bir artış oldu (Perevedentsev Yu.P., 2009).

Rusya Teriberka istasyonundaki CO 2 konsantrasyonunun zaman süreci (Şekil 4.8), 20 yıldaki ortalama CO 2 büyüme oranının yılda 1,7 milyon –1 olduğunu ve 15–20 milyon –1'e eşit önemli mevsimsel dalgalanmaların olduğunu göstermektedir.

Pirinç. 2.8. 1988'den bu yana gözlem dönemi için Teriberka istasyonunda (Kola Yarımadası) atmosferdeki CO2 konsantrasyonunun zaman süreci. Noktalar ve çizgiler tek ölçümleri göstermektedir ( 1 ), mevsimsel değişim düzeltildi ( 2 ) ve uzun vadeli trend ( 3 ) CO 2 CO 2 konsantrasyonu, ppm (OD, 2008)

Sera etkisinin mekanizması, atmosferin Dünya'ya gelen güneş ışınımı ile Dünya'dan ayrılan ışınımı emme kapasitesindeki farkla açıklanmaktadır. Dünya, Güneş'ten ortalama dalga boyu yaklaşık 0,5 mikron olan geniş bir spektrum bandında radyasyon alır ve bu kısa dalga radyasyonu neredeyse atmosferin içinden geçer. Dünya, alınan enerjiyi uzun dalga kızılötesi aralığında, ortalama dalga boyu yaklaşık 10 mikron olan neredeyse tamamen siyah bir cisim gibi yayar. Bu aralıktaki birçok gazın (CO2, CH4, H2O, vb.) çok sayıda soğurma bandı vardır; bu gazlar radyasyonu emer, bunun sonucunda ısı açığa çıkarırlar ve çoğunlukla atmosferi ısıtırlar. Karbondioksit, Dünya'dan gelen 12-18 mikron aralığındaki radyasyonu yoğun bir şekilde emer ve sera etkisini sağlayan ana faktörlerden biridir (Perevedentsev Yu.P., 2009).

Modern iklim ısınması. Modern iklimin değiştiği gerçeği herkes tarafından kabul edilmektedir, çünkü hem araçsal ölçümler hem de doğal göstergeler bir şeyi göstermektedir: Son yıllarda gezegenin ikliminde önemli bir ısınma olmuştur. Geçtiğimiz yüzyılda (1906–2005), yer tabanlı bir meteoroloji ağı, Dünya yüzeyindeki ortalama küresel sıcaklıkta 0,74 °C kadar önemli bir artış kaydetti. Isınmanın nedenleri tartışılırken anlaşmazlıklar ortaya çıkıyor. Dördüncü Değerlendirme Raporunda, IPCC uzmanları (2007) gözlemlenen ısınmanın nedenlerine ilişkin sonuçlar çıkarmaktadır: son 50 yılda iklim değişikliğinin dış (antropojenik) etki olmadan meydana gelme olasılığı son derece düşük olarak değerlendirilmektedir (<5%). С высокой степенью вероятности (>%90'ı son 50 yılda gözlemlenen değişimlerin sadece doğal nedenlerden değil aynı zamanda dış etkenlerden de kaynaklandığını belirtiyor. Rapor, >%90 güvenle, 20. yüzyılın ortalarından bu yana küresel ısınmanın çoğundan artan antropojenik sera gazı konsantrasyonlarının sorumlu olduğunu belirtiyor.

Isınmanın nedenleri hakkında başka görüşler de var - hem ısınma hem de soğuma yönünde sıcaklık dalgalanmalarına neden olan bir iç faktör, doğal değişkenlik. Dolayısıyla, çalışmada (Datsenko N.M., Monin A.S., Sonechkin D.M., 2004), bu kavramın destekçileri, 20. yüzyılın (90'lar) küresel sıcaklıktaki en yoğun artışın döneminin 60'ların yükselen koluna denk geldiğini belirtiyor. atmosferin termal ve dolaşım durumunu karakterize eden endekslerde kendileri tarafından tanımlanan yaz dalgalanmaları. Aynı zamanda, modern iklim dalgalanmalarının, iklim sisteminin yarı periyodik dış etkilere (ay-güneş gelgit döngüleri ve güneş aktivitesi döngüleri, Güneş sisteminin en büyük gezegenlerinin devrim döngüleri) karşı doğrusal olmayan reaksiyonlarının bir sonucu olduğu ileri sürülmektedir. ortak bir merkez etrafında vb.) (Perevedentsev Yu.P.., 2009).

İlk defa, atmosfere endüstriyel CO2 emisyonlarının artması H.E. XX yüzyılın 50'li yıllarının başında Suess. Ağaç halkalarındaki karbon oranındaki değişikliklere dayanarak Suess, atmosferik karbondioksitin 19. yüzyılın ikinci yarısından bu yana fosil yakıtların yanmasından kaynaklanan CO2 emisyonlarıyla doldurulduğu sonucuna vardı. Kozmik parçacıkların etkisi nedeniyle atmosferde sürekli olarak oluşan radyoaktif C14'ün kararlı C12'ye oranının, atmosferik CO2'nin akışla "seyrelmesi" sonucu son yüz yılda azaldığını keşfetti. neredeyse hiç C içermeyen fosil yakıtlardan kaynaklanan CO2 (C14'ün yarı ömrü 5730 yıla eşittir). Böylece ağaç halkalarında yapılan ölçümlerde atmosfere endüstriyel CO 2 emisyonlarında artış tespit edildi. Pasifik Okyanusu'ndaki Mauna Loa istasyonunda atmosferik CO2 konsantrasyonlarının kaydedilmesi ancak 1958'de başladı.

Pirinç. 4.7. Karbondioksit konsantrasyonunun zaman süreci ( A), metan ( B) ve nitröz oksit ( V) atmosferdeki değişimler ve bunların son 10.000 yılda (büyük panel) ve 1750'den bu yana (içine yerleştirilmiş daha küçük panel) değişimi. Çeşitli araştırmacıların buz birikintilerindeki ölçüm sonuçları (farklı renk ve konfigürasyondaki semboller) ve atmosferdeki ölçümler (kırmızı eğri). Radyasyon etkilerinin ölçülen konsantrasyonlarına karşılık gelen değerlendirmelerin ölçeği sağ taraftaki büyük panellerde gösterilmektedir (İklim değişikliği ve bunun Rusya Federasyonu topraklarındaki sonuçlarına ilişkin değerlendirme raporu (AR), 2008)

Dünya atmosferi

Atmosfer(itibaren. Eski Yunancaἀτμός - buhar ve σφαῖρα - top) - gaz kabuk ( jeosfer), gezegeni çevreleyen Toprak. İç yüzeyi kaplar hidrosfer ve kısmen havlamak, dıştaki, uzayın Dünya'ya yakın kısmının sınırındadır.

Atmosferi inceleyen fizik ve kimya dallarına genellikle denir. atmosfer fiziği. Atmosfer belirler hava durumu Dünya yüzeyinde hava durumunu inceliyor meteoroloji ve uzun vadeli değişiklikler iklim - iklimbilim.

Atmosferin yapısı

Atmosferin yapısı

Troposfer

Üst sınırı kutuplarda 8-10 km, ılıman enlemlerde 10-12 km ve tropikal enlemlerde 16-18 km yükseklikte; kışın yaza göre daha düşüktür. Atmosferin alt, ana katmanı. Atmosferdeki havanın toplam kütlesinin %80'inden fazlasını ve atmosferde bulunan tüm su buharının yaklaşık %90'ını içerir. Troposferde oldukça gelişmişlerdir türbülans Ve konveksiyon, kalkmak bulutlar, gelişiyor kasırgalar Ve antisiklonlar. Sıcaklık ortalama dikey yükseklikle birlikte azalır degrade 0,65°/100m

Dünya yüzeyinde şu durumlar “normal koşullar” olarak kabul edilir: yoğunluk 1,2 kg/m3, barometrik basınç 101,35 kPa, sıcaklık artı 20 °C ve bağıl nem %50. Bu koşullu göstergelerin tamamen mühendislik önemi vardır.

Stratosfer

Atmosferin 11 ila 50 km yükseklikte bulunan katmanı. 11-25 km'lik katmanda (stratosferin alt katmanı) sıcaklıkta hafif bir değişiklik ve 25-40 km'lik katmanda -56,5'ten 0,8 °'ye bir artış ile karakterize edilir İLE(stratosferin veya bölgenin üst katmanı ters çevirmeler). Yaklaşık 40 km yükseklikte yaklaşık 273 K (neredeyse 0°C) değerine ulaşan sıcaklık, yaklaşık 55 km yüksekliğe kadar sabit kalır. Sıcaklığın sabit olduğu bu bölgeye denir. stratopoz ve stratosfer arasındaki sınırdır ve mezosfer.

Stratopoz

Atmosferin stratosfer ile mezosfer arasındaki sınır tabakası. Dikey sıcaklık dağılımında bir maksimum (yaklaşık 0 °C) vardır.

Mezosfer

Dünya atmosferi

Mezosfer 50 km yükseklikte başlar ve 80-90 km'ye kadar uzanır. Sıcaklık yükseklikle birlikte ortalama (0,25-0,3)°/100 m'lik dikey eğimle azalır. Ana enerji süreci radyant ısı transferidir. Karmaşık fotokimyasal süreçler serbest radikaller, titreşimle uyarılan moleküller vb. atmosferin parlamasına neden olur.

Mezopoz

Mezosfer ve termosfer arasındaki geçiş tabakası. Dikey sıcaklık dağılımında bir minimum vardır (yaklaşık -90 °C).

Karman Hattı

Geleneksel olarak Dünya atmosferi ile uzay arasındaki sınır olarak kabul edilen deniz seviyesinden yükseklik.

Termosfer

Ana makale: Termosfer

Üst sınır yaklaşık 800 km'dir. Sıcaklık 200-300 km yüksekliğe kadar yükselir, burada 1500 K mertebesindeki değerlere ulaşır, daha sonra yüksek rakımlara kadar neredeyse sabit kalır. Ultraviyole ve x-ışını güneş radyasyonunun ve kozmik radyasyonun etkisi altında hava iyonlaşması meydana gelir (“ auroralar") - ana bölgeler iyonosfer termosferin içinde yer alır. 300 km'nin üzerindeki rakımlarda atomik oksijen hakimdir.

120 km yüksekliğe kadar atmosferik katmanlar

Ekzosfer (saçılma küresi)

Ekzosfer- 700 km'nin üzerinde bulunan termosferin dış kısmı olan dağılım bölgesi. Ekzosferdeki gaz çok nadirdir ve parçacıkları buradan gezegenler arası uzaya sızar ( dağılma).

100 km yüksekliğe kadar atmosfer homojen, iyi karışmış bir gaz karışımıdır. Daha yüksek katmanlarda, gazların yüksekliğe göre dağılımı molekül ağırlıklarına bağlıdır; daha ağır gazların konsantrasyonu, Dünya yüzeyinden uzaklaştıkça daha hızlı azalır. Gaz yoğunluğunun azalması nedeniyle sıcaklık stratosferde 0 °C'den mezosferde -110 °C'ye düşer. Bununla birlikte, 200-250 km yükseklikteki bireysel parçacıkların kinetik enerjisi, ~1500 °C sıcaklığa karşılık gelir. 200 km'nin üzerinde zaman ve mekanda sıcaklık ve gaz yoğunluğunda önemli dalgalanmalar gözlemleniyor.

Yaklaşık 2000-3000 km yükseklikte, ekzosfer yavaş yavaş sözde yakın uzay boşluğu Gezegenler arası gazın oldukça nadir parçacıklarıyla, özellikle de hidrojen atomlarıyla doludur. Ancak bu gaz gezegenler arası maddenin yalnızca bir kısmını temsil ediyor. Diğer kısım kuyruklu yıldız ve meteor kökenli toz parçacıklarından oluşur. Son derece inceltilmiş toz parçacıklarına ek olarak, güneş ve galaktik kökenli elektromanyetik ve korpüsküler radyasyon bu boşluğa nüfuz eder.

Troposfer, atmosferin kütlesinin yaklaşık% 80'ini, stratosfer - yaklaşık% 20'sini oluşturur; mezosferin kütlesi% 0,3'ten fazla değildir, termosfer ise atmosferin toplam kütlesinin% 0,05'inden azdır. Atmosferdeki elektriksel özelliklere göre nötronosfer ve iyonosfer birbirinden ayrılır. Şu anda atmosferin 2000-3000 km yüksekliğe kadar uzandığına inanılıyor.

Atmosferdeki gazın bileşimine bağlı olarak yayarlar. homosfer Ve heterosfer. Heterosfer - Bu, yerçekiminin gazların ayrılmasını etkilediği alandır, çünkü bu yükseklikte gazların karışması ihmal edilebilir düzeydedir. Bu, heterosferin değişken bir bileşimini ima eder. Altında atmosferin iyi karışmış, homojen bir kısmı bulunur. homosfer. Bu katmanlar arasındaki sınıra denir turbo duraklatma yaklaşık 120 km yükseklikte yer almaktadır.

Fiziki ozellikleri

Atmosferin kalınlığı Dünya yüzeyinden itibaren yaklaşık 2000 – 3000 km kadardır. Toplam kütle hava- (5.1-5.3)×10 18 kg. Molar kütle temiz kuru hava 28.966'dır. Basınç 0 °C'de deniz seviyesinde 101.325 kPa; Kritik sıcaklık?140,7 °C; kritik basınç 3,7 MPa; C P 1,0048×10 3 J/(kg·K) (0 °C'de), C v 0,7159×10 3 J/(kg·K) (0 °C'de). Havanın sudaki çözünürlüğü 0 °C'de %0,036, 25 °C - %0,22'dir.

Atmosferin fizyolojik ve diğer özellikleri

Zaten deniz seviyesinden 5 km yükseklikte eğitimsiz bir kişi gelişiyor oksijen açlığı ve adaptasyon olmadan kişinin performansı önemli ölçüde azalır. Atmosferin fizyolojik bölgesi burada bitiyor. Yaklaşık 115 km'ye kadar atmosferde oksijen bulunmasına rağmen, 15 km yükseklikte insanın nefes alması imkansız hale gelir.

Atmosfer bize nefes almamız için gerekli olan oksijeni sağlar. Ancak atmosferin toplam basıncının düşmesi nedeniyle yükseklere çıkıldıkça oksijenin kısmi basıncı da buna bağlı olarak azalır.

İnsan akciğerleri sürekli olarak yaklaşık 3 litre alveolar hava içerir. Kısmi basıncı Normal atmosferik basınçta alveoler havadaki oksijen 110 mm Hg'dir. Art., karbondioksit basıncı - 40 mm Hg. Sanat ve su buharı - 47 mm Hg. Sanat. Yükseklik arttıkça oksijen basıncı düşer ve akciğerlerdeki su ve karbondioksitin toplam buhar basıncı neredeyse sabit kalır - yaklaşık 87 mm Hg. Sanat. Ortam hava basıncı bu değere eşitlendiğinde akciğerlere oksijen verilmesi tamamen duracaktır.

Yaklaşık 19-20 km yükseklikte atmosfer basıncı 47 mm Hg'ye düşer. Sanat. Dolayısıyla bu yükseklikte insan vücudunda su ve dokulararası sıvı kaynamaya başlar. Bu irtifada basınçlı kabinin dışında ölüm neredeyse anında meydana gelir. Dolayısıyla insan fizyolojisi açısından “uzay” zaten 15-19 km yükseklikte başlıyor.

Yoğun hava katmanları - troposfer ve stratosfer - bizi radyasyonun zararlı etkilerinden korur. Havanın yeterli miktarda seyreltilmesiyle, 36 km'den daha yüksek rakımlarda iyonlaştırıcı maddeler vücut üzerinde yoğun bir etkiye sahiptir. radyasyon- birincil kozmik ışınlar; 40 km'nin üzerindeki rakımlarda güneş spektrumunun ultraviyole kısmı insanlar için tehlikelidir.

Dünya yüzeyinden daha yükseklere çıktıkça, atmosferin alt katmanlarında sesin yayılması, aerodinamiğin ortaya çıkması gibi tanıdık olaylar gözlenir. kaldırmak ve direnç, ısı transferi konveksiyon ve benzeri.

Seyreltilmiş hava katmanlarında dağıtım ses imkansız olduğu ortaya çıkıyor. 60-90 km irtifalara kadar kontrollü aerodinamik uçuş için hava direncini ve kaldırma kuvvetini kullanmak hâlâ mümkündür. Ancak 100-130 km irtifalardan başlayarak her pilotun aşina olduğu kavramlar sayılar M Ve ses duvarı anlamını yitirir, bir şart vardır Karman Hattı bunun ötesinde yalnızca reaktif kuvvetler kullanılarak kontrol edilebilen tamamen balistik uçuş alanı başlar.

100 km'nin üzerindeki rakımlarda, atmosfer başka bir dikkat çekici özellikten yoksun kalır - termal enerjiyi konveksiyon yoluyla (yani havayı karıştırarak) emme, iletme ve iletme yeteneği. Bu, yörüngesel uzay istasyonundaki çeşitli ekipman elemanlarının, genellikle uçakta yapıldığı gibi, hava jetleri ve hava radyatörleri yardımıyla dışarıdan soğutulamayacağı anlamına gelir. Böyle bir yükseklikte, genel olarak uzayda olduğu gibi, ısıyı aktarmanın tek yolu termal radyasyon.

Atmosfer bileşimi

Kuru havanın bileşimi

Dünyanın atmosferi esas olarak gazlardan ve çeşitli yabancı maddelerden (toz, su damlacıkları, buz kristalleri, deniz tuzları, yanma ürünleri) oluşur.

Atmosferi oluşturan gazların konsantrasyonu, su (H2O) ve karbondioksit (CO2) dışında neredeyse sabittir.

Kuru havanın bileşimi
Azot
Oksijen
Argon
su
Karbon dioksit
Neon
Helyum
Metan
Kripton
Hidrojen
Ksenon
nitröz oksit

Tabloda belirtilen gazlara ek olarak atmosferde SO 2, NH 3, CO, ozon, hidrokarbonlar, HC1, HF, çiftler Hg, ben 2 ve ayrıca HAYIR ve küçük miktarlarda diğer birçok gaz. Troposfer sürekli olarak çok sayıda askıda katı ve sıvı parçacık içerir ( aerosol).

Atmosfer oluşumunun tarihi

En yaygın teoriye göre Dünya'nın atmosferi zaman içinde dört farklı bileşime sahip olmuştur. Başlangıçta hafif gazlardan oluşuyordu ( hidrojen Ve helyum), gezegenlerarası uzaydan yakalandı. Bu sözde birincil atmosfer(yaklaşık dört milyar yıl önce). Bir sonraki aşamada aktif volkanik aktivite, atmosferin hidrojen dışındaki gazlarla (karbondioksit, amonyak, su buharı). Bu şekilde oluştu ikincil atmosfer(günümüzden yaklaşık üç milyar yıl önce). Bu atmosfer onarıcıydı. Ayrıca, atmosfer oluşum süreci aşağıdaki faktörlerle belirlendi:

hafif gazların (hidrojen ve helyum) sızması gezegenlerarası uzay;

ultraviyole radyasyon, yıldırım deşarjı ve diğer bazı faktörlerin etkisi altında atmosferde meydana gelen kimyasal reaksiyonlar.

Yavaş yavaş bu faktörler oluşumuna yol açtı. üçüncül atmosfer, çok daha düşük bir hidrojen içeriği ve çok daha yüksek bir nitrojen ve karbon dioksit içeriği (amonyak ve hidrokarbonlardan gelen kimyasal reaksiyonların bir sonucu olarak oluşur) ile karakterize edilir.

Azot

Büyük miktarda N2 oluşumu, amonyak-hidrojen atmosferinin, 3 milyar yıl önce başlayan fotosentez sonucunda gezegenin yüzeyinden gelmeye başlayan moleküler O2 tarafından oksidasyonundan kaynaklanmaktadır. Nitratların ve diğer nitrojen içeren bileşiklerin denitrifikasyonu sonucu atmosfere N2 de salınır. Azot, üst atmosferde ozon tarafından NO'ya oksitlenir.

Azot N2 yalnızca belirli koşullar altında (örneğin, yıldırım düşmesi sırasında) reaksiyona girer. Elektrik deşarjları sırasında moleküler nitrojenin ozon tarafından oksidasyonu, nitrojenli gübrelerin endüstriyel üretiminde kullanılır. Düşük enerji tüketimi ile onu oksitleyebilir ve biyolojik olarak aktif bir forma dönüştürebilirler. siyanobakteriler (mavi-yeşil algler) ve rizobiyal oluşturan nodül bakterileri simbiyozİle baklagiller sözde bitkiler yeşil gübre.

Oksijen

Atmosferin bileşimi Dünya'nın ortaya çıkışıyla birlikte kökten değişmeye başladı. canlı organizmalar, sonuç olarak fotosentez oksijenin salınması ve karbondioksitin emilmesiyle birlikte. Başlangıçta oksijen, indirgenmiş bileşiklerin (amonyak, hidrokarbonlar, nitro formu) oksidasyonu için harcandı. bez okyanuslarda bulunur vb. Bu aşamanın sonunda atmosferdeki oksijen içeriği artmaya başladı. Yavaş yavaş oksitleyici özelliklere sahip modern bir atmosfer oluştu. Bu durum birçok süreçte ciddi ve ani değişikliklere neden olduğundan atmosfer, litosfer Ve biyosfer, bu etkinliğe çağrıldı Oksijen felaketi.

Sırasında Fanerozoik atmosferin bileşimi ve oksijen içeriği değişikliklere uğradı. Bunlar öncelikle organik çökeltinin birikme hızıyla ilişkilidir. Böylece, kömürün biriktiği dönemlerde atmosferdeki oksijen içeriği, görünüşe göre, modern seviyeyi önemli ölçüde aştı.

Karbon dioksit

Atmosferdeki CO2 içeriği, yer kabuğundaki volkanik aktiviteye ve kimyasal işlemlere bağlıdır, ancak hepsinden önemlisi biyosentezin yoğunluğuna ve organik maddenin ayrışmasına bağlıdır. biyosfer Toprak. Gezegenin mevcut biyokütlesinin neredeyse tamamı (yaklaşık 2,4 × 1012 ton) ) atmosferik havada bulunan karbondioksit, nitrojen ve su buharından oluşur. Gömülü okyanus, V bataklıklar ve ormanlar organik maddeye dönüşür kömür, yağ Ve doğal gaz. (santimetre. Jeokimyasal karbon döngüsü)

soy gazlar

İnert gazların kaynağı - argon, helyum Ve kripton- volkanik patlamalar ve radyoaktif elementlerin bozunması. Genel olarak Dünya ve özel olarak atmosfer, uzaya kıyasla inert gazlardan yoksundur. Bunun nedeninin gazların gezegenler arası uzaya sürekli sızmasında yattığına inanılıyor.

Hava kirliliği

Son zamanlarda atmosferin evrimi şunlardan etkilenmeye başlamıştır: İnsan. Faaliyetlerinin sonucu, önceki jeolojik çağlarda biriken hidrokarbon yakıtların yanması nedeniyle atmosferdeki karbondioksit içeriğinde sürekli önemli bir artış oldu. Fotosentez sırasında büyük miktarlarda CO2 tüketilir ve dünya okyanusları tarafından emilir. Bu gaz, karbonat kayalarının ve bitki ve hayvan kökenli organik maddelerin ayrışmasının yanı sıra volkanizma ve insan endüstriyel faaliyeti nedeniyle atmosfere girmektedir. Son 100 yılda atmosferdeki CO2 içeriği %10 arttı ve büyük kısmı (360 milyar ton) yakıtın yanmasından kaynaklandı. Yakıt yanma hızındaki artış devam ederse, önümüzdeki 50 - 60 yıl içinde atmosferdeki CO2 miktarı iki katına çıkacak ve küresel iklim değişikliği.

Yakıtın yanması kirletici gazların ana kaynağıdır ( CO, HAYIR, BU YÜZDEN 2 ). Kükürt dioksit atmosferik oksijen tarafından oksitlenerek BU YÜZDEN 3 atmosferin üst katmanlarında su ve amonyak buharı ile etkileşime girer ve sonuçta ortaya çıkan sülfürik asit (H 2 BU YÜZDEN 4 ) Ve amonyum sülfat ((NH 4 ) 2 BU YÜZDEN 4 ) sözde şeklinde Dünya yüzeyine dönün. asit yağmuru. Kullanım içten yanmalı motorlar nitrojen oksitler, hidrokarbonlar ve kurşun bileşikleri ile önemli miktarda atmosferik kirliliğe yol açar ( tetraetil kurşun Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Atmosferdeki aerosol kirliliği hem doğal nedenlerden (volkanik patlamalar, toz fırtınaları, deniz suyu damlalarının ve bitki polenlerinin sürüklenmesi vb.) hem de insani ekonomik faaliyetlerden (madencilik cevherleri ve inşaat malzemeleri, yakıt yakma, çimento yapımı vb.) kaynaklanmaktadır. ). Partikül maddenin atmosfere yoğun ve büyük ölçekli salınımı, gezegendeki iklim değişikliğinin olası nedenlerinden biridir.

Atmosfer olarak bilinen Dünya gezegenimizi çevreleyen gaz örtüsü beş ana katmandan oluşur. Bu katmanlar gezegenin yüzeyinde deniz seviyesinden (bazen aşağıda) kaynaklanır ve aşağıdaki sırayla uzaya yükselir:

• Troposfer;
• Stratosfer;
• Mezosfer;
• Termosfer;
• Ekzosfer.

Dünya atmosferinin ana katmanlarının şeması

Bu beş ana katmanın her birinin arasında, hava sıcaklığı, bileşimi ve yoğunluğunda değişikliklerin meydana geldiği "duraklamalar" adı verilen geçiş bölgeleri bulunur. Dünya'nın atmosferi duraklamalarla birlikte toplam 9 katmandan oluşur.

Troposfer: Havanın meydana geldiği yer

Troposfer, atmosferin tüm katmanları arasında (farkında olsanız da olmasanız da) en aşina olduğumuz katmandır, çünkü onun dibinde, yani gezegenin yüzeyinde yaşıyoruz. Dünyanın yüzeyini kaplar ve birkaç kilometre yukarıya doğru uzanır. Troposfer kelimesi "yerkürenin değişmesi" anlamına gelir. Bu katman günlük hava koşullarının oluştuğu yer olduğundan çok uygun bir isim.

Troposfer, gezegenin yüzeyinden başlayarak 6 ila 20 km yüksekliğe kadar yükselir. Bize en yakın olan katmanın alt üçte birlik kısmı tüm atmosferik gazların %50'sini içerir. Bu, tüm atmosferin nefes alan tek kısmıdır. Havanın, Güneş'in termal enerjisini emen dünya yüzeyi tarafından aşağıdan ısıtılması nedeniyle, yükseklik arttıkça troposferin sıcaklığı ve basıncı azalır.

En üstte tropopoz adı verilen ve troposfer ile stratosfer arasında bir tampon görevi gören ince bir katman vardır.

Stratosfer: ozonun evi

Stratosfer atmosferin bir sonraki katmanıdır. Dünya yüzeyinden 6-20 km'den 50 km'ye kadar uzanır. Bu, çoğu ticari uçağın uçtuğu ve sıcak hava balonlarının seyahat ettiği katmandır.

Burada hava yukarı aşağı akmaz, çok hızlı hava akımlarıyla yüzeye paralel hareket eder. Yükseldikçe, güneş radyasyonu ve oksijenin bir yan ürünü olan ve güneşin zararlı ultraviyole ışınlarını absorbe etme yeteneğine sahip, doğal olarak oluşan ozonun (O3) bolluğu sayesinde sıcaklık artar (meteorolojide rakımla sıcaklıktaki herhangi bir artış bilinmektedir) "ters çevirme" olarak).

Stratosferin alt kısmı daha sıcak, üst kısmı daha soğuk olduğundan, atmosferin bu kısmında konveksiyon (hava kütlelerinin dikey hareketi) nadirdir. Aslında, troposferde şiddetli bir fırtınayı stratosferden görebilirsiniz çünkü katman, fırtına bulutlarının nüfuz etmesini önleyen bir konveksiyon başlığı görevi görür.

Stratosferden sonra yine bu kez stratopoz adı verilen bir tampon tabaka bulunur.

Mezosfer: Orta atmosfer

Mezosfer, Dünya yüzeyinden yaklaşık 50-80 km uzaklıkta bulunur. Üst mezosfer, sıcaklıkların -143°C'nin altına düşebildiği, Dünya üzerindeki en soğuk doğal yerdir.

Termosfer: Üst atmosfer

Mezosfer ve mezopozdan sonra, gezegenin yüzeyinin 80 ila 700 km yukarısında yer alan termosfer gelir ve atmosferik zarftaki toplam havanın %0,01'inden azını içerir. Buradaki sıcaklıklar +2000°C'ye kadar ulaşıyor ancak havanın aşırı ince olması ve ısıyı aktaracak gaz moleküllerinin bulunmaması nedeniyle bu yüksek sıcaklıklar çok soğuk olarak algılanıyor.

Ekzosfer: Atmosfer ile uzay arasındaki sınır

Dünya yüzeyinden yaklaşık 700-10.000 km yükseklikte ekzosfer bulunur - atmosferin dış kenarı, uzayı çevreleyen. Burada hava durumu uyduları Dünya'nın etrafında dönüyor.

İyonosfer ne olacak?

İyonosfer ayrı bir katman olmayıp aslında terim 60 ila 1000 km yükseklik arasındaki atmosferi ifade etmek için kullanılıyor. Mezosferin en üst kısımlarını, termosferin tamamını ve ekzosferin bir kısmını içerir. İyonosfer adını alır çünkü atmosferin bu kısmında Güneş'ten gelen radyasyon, Dünya'nın manyetik alanlarından geçerken iyonize olur. Bu fenomen yerden kuzey ışıkları olarak gözlemlenmektedir.