Meteorologija se bavi dugoročnim varijacijama, a klimatologija dugoročnim varijacijama.

Debljina atmosfere je 1500 km od površine Zemlje. Ukupna masa vazduha, odnosno mešavine gasova koji čine atmosferu je 5,1-5,3 * 10^15 tona.Molekulska masa čistog suvog vazduha je 29. Pritisak na 0°C na nivou mora je 101,325 Pa, odnosno 760 mm. rt. Art.; kritična temperatura— 140,7 °C; kritični pritisak 3,7 MPa. Rastvorljivost vazduha u vodi na 0 °C je 0,036%, na 25 °C - 0,22%.

Fizičko stanje atmosfera je određena. Osnovni parametri atmosfere: gustina vazduha, pritisak, temperatura i sastav. Kako se visina povećava, gustina vazduha se smanjuje. Temperatura se također mijenja s promjenom nadmorske visine. Vertikalu karakteriziraju različita temperaturna i električna svojstva, drugačije stanje zrak. U zavisnosti od temperature u atmosferi razlikuju se sljedeći glavni slojevi: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera, egzosfera (sfera raspršivanja). Prijelazni dijelovi atmosfere između susjednih školjki nazivaju se tropopauza, stratopauza, itd., respektivno.

Troposfera- niža, glavna, najviše proučavana, visina u polarnim područjima je 8-10 km, u umjerenim geografskim širinama do 10-12 km, na ekvatoru - 16-18 km. Troposfera sadrži otprilike 80-90% ukupne mase atmosfere i gotovo svu vodenu paru. Pri porastu na svakih 100 m temperatura u troposferi se smanjuje u prosjeku za 0,65 °C i dostiže -53 °C u gornjem dijelu. Ovaj gornji sloj troposfere naziva se tropopauza. Turbulencija i konvekcija su jako razvijene u troposferi, najveći dio je koncentrisan, pojavljuju se i razvijaju oblaci.

Stratosfera- sloj atmosfere koji se nalazi na nadmorskoj visini od 11-50 km. Karakterizira ga blaga promjena temperature u sloju od 11-25 km (donji sloj stratosfere) i povećanje u sloju od 25-40 km sa -56,5 na 0,8 ° C (gornji sloj stratosfere ili inverzija). Nakon dostizanja vrijednosti od 273 K (0 °C) na visini od oko 40 km, temperatura ostaje konstantna do visine od 55 km. Ovo područje konstantna temperatura naziva se stratopauza i predstavlja granicu između stratosfere i mezosfere.

Sloj se nalazi u stratosferi ozonosfera(„ozonski omotač“, na nadmorskoj visini od 15-20 do 55-60 km), koji određuje gornju granicu života u. Važna komponenta stratosfere i mezosfere je ozon, koji nastaje kao rezultat fotohemijskih reakcija najintenzivnije na visini od 30 km. ukupna tezina ozon bi bio na normalan pritisak sloj debljine 1,7-4 mm, ali to je dovoljno za apsorpciju ultraljubičastog zračenja koje uništava život. Uništavanje ozona nastaje kada je u interakciji sa slobodnim radikalima, dušikovim oksidom i spojevima koji sadrže halogene (uključujući "freone"). Ozon je alotropija kisika, nastala kao rezultat sljedećeg hemijska reakcija, obično nakon kiše, kada se rezultirajući spoj uzdiže u gornju troposferu; Ozon ima specifičan miris.

Većina kratkotalasnog dijela zadržava se u stratosferi ultraljubičasto zračenje(180-200 nm) i kratkotalasna energija se transformiše. Pod uticajem ovih zraka oni se menjaju magnetna polja, molekule se raspadaju, dolazi do jonizacije, stvaranja novih gasova i drugo hemijska jedinjenja. Ovi procesi se mogu posmatrati u obliku sjevernog svjetla, munja i drugih sjaja. U stratosferi gotovo da nema vodene pare.

Mezosfera počinje na nadmorskoj visini od 50 km i proteže se do 80-90 km. na nadmorskoj visini od 75-85 km pada na -88 °C. Gornja granica mezosfere je mezopauza.

Termosfera(drugo ime je jonosfera) - sloj atmosfere koji prati mezosferu - počinje na visini od 80-90 km i proteže se do 800 km. Temperatura vazduha u termosferi brzo i postojano raste i dostiže nekoliko stotina, pa čak i hiljada stepeni.

Egzosfera- zona raspršivanja, vanjski dio termosfere, koja se nalazi iznad 800 km. Gas u egzosferi je vrlo razrijeđen i odavde njegove čestice cure u međuplanetarni prostor (disipacija).
Do visine od 100 km atmosfera je homogena (jednofazna), dobro izmiješana mješavina plinova. U višim slojevima, distribucija plinova po visini ovisi o njihovoj molekularnoj težini; koncentracija težih plinova opada brže s udaljenosti od Zemljine površine. Zbog smanjenja gustine gasa, temperatura pada sa 0 °C u stratosferi na -110 °C u mezosferi. Međutim, kinetička energija pojedinačnih čestica na visinama od 200-250 km odgovara temperaturi od približno 1500 °C. Iznad 200 km, primjećuju se značajne fluktuacije temperature i gustine gasa u vremenu i prostoru.

Na visini od oko 2000-3000 km, egzosfera se postupno pretvara u takozvani vakuum blizu svemira, koji je ispunjen vrlo razrijeđenim česticama međuplanetarnog plina, uglavnom atomima vodika. Ali ovaj plin predstavlja samo dio međuplanetarne materije. Drugi dio čine čestice prašine kometnog i meteorskog porijekla. Pored ovih izuzetno rijetkih čestica, u ovaj prostor prodire elektromagnetno i korpuskularno zračenje solarnog i galaktičkog porijekla.

Troposfera čini oko 80% mase atmosfere, stratosfera - oko 20%; masa mezosfere nije veća od 0,3%, termosfera je manja od 0,05% ukupne mase atmosfere. Na osnovu električnih svojstava u atmosferi razlikuju se neutronosfera i jonosfera. Trenutno se vjeruje da se atmosfera prostire na nadmorskoj visini od 2000-3000 km.

U zavisnosti od sastava gasa u atmosferi, razlikuju se homosfera i heterosfera. Heterosfera- ovo je oblast u kojoj gravitacija utiče na odvajanje gasova, jer njihovo miješanje na takvoj visini je beznačajno. To implicira promjenjiv sastav heterosfere. Ispod njega leži dobro izmiješan, homogen dio atmosfere koji se naziva homosfera. Granica između ovih slojeva naziva se turbopauza i nalazi se na nadmorskoj visini od oko 120 km.

Atmosferski pritisak - pritisak atmosferski vazduh na objektima u njemu i zemljinoj površini. Normalni atmosferski pritisak je 760 mmHg. Art. (101,325 Pa). Za svaki kilometar povećanja visine, pritisak pada za 100 mm.

Sastav atmosfere

Zračni omotač Zemlje, koji se sastoji uglavnom od plinova i raznih nečistoća (prašina, kapi vode, kristali leda, morske soli, produkti sagorijevanja), čija količina nije konstantna. Glavni gasovi su azot (78%), kiseonik (21%) i argon (0,93%). Koncentracija gasova koji čine atmosferu je skoro konstantna, sa izuzetkom ugljen-dioksid CO2 (0,03%).

Atmosfera takođe sadrži SO2, CH4, NH3, CO, ugljovodonike, HC1, HF, Hg pare, I2, kao i NO i mnoge druge gasove u malim količinama. Stalno lociran u troposferi veliki broj suspendovane čvrste i tečne čestice (aerosol).

Zemljina atmosfera je ljuska zraka.

Prisustvo posebne lopte iznad površine zemlje dokazali su stari Grci, koji su atmosferu nazvali parnom ili gasnom kuglom.

Ovo je jedna od geosfera planete, bez koje postojanje svih živih bića ne bi bilo moguće.

Gdje je atmosfera

Atmosfera okružuje planete gustim slojem vazduha, počevši od zemljine površine. Dolazi u dodir sa hidrosferom, pokriva litosferu, proteže se daleko u svemir.

Od čega se sastoji atmosfera?

Vazdušni sloj Zemlje sastoji se uglavnom od vazduha, čija ukupna masa dostiže 5,3 * 1018 kilograma. Od toga je oboljeli dio suv zrak, a mnogo manje vodena para.

Nad morem je gustina atmosfere 1,2 kilograma po kubnom metru. Temperatura u atmosferi može da dostigne –140,7 stepeni, vazduh se rastvara u vodi na nultoj temperaturi.

Atmosfera se sastoji od nekoliko slojeva:

• Troposfera;
• Tropopauza;
• Stratosfera i stratopauza;
• Mezosfera i mezopauza;
• Posebna linija iznad nivoa mora koja se zove Karmanova linija;
• Termosfera i termopauza;
• Zona raspršivanja ili egzosfera.

Svaki sloj ima svoje karakteristike, međusobno su povezani i osiguravaju funkcioniranje zračnog omotača planete.

Granice atmosfere

Najniži rub atmosfere prolazi kroz hidrosferu i gornje slojeve litosfere. Gornja granica počinje u egzosferi, koja se nalazi 700 kilometara od površine planete i dostići će 1,3 hiljade kilometara.

Prema nekim izvještajima, atmosfera doseže 10 hiljada kilometara. Naučnici su se složili sa tim gornja granica zračni sloj bi trebao biti Karmanova linija, jer ovdje više nije moguća aeronautika.

Zahvaljujući stalnim istraživanjima u ovoj oblasti, naučnici su ustanovili da atmosfera dolazi u kontakt sa jonosferom na visini od 118 kilometara.

Hemijski sastav

Ovaj sloj Zemlje sastoji se od gasova i gasovitih nečistoća, koje uključuju ostatke sagorevanja, morsku so, led, vodu i prašinu. Sastav i masa plinova koji se mogu naći u atmosferi gotovo se nikada ne mijenjaju, mijenjaju se samo koncentracija vode i ugljičnog dioksida.

Sastav vode može varirati od 0,2 posto do 2,5 posto, ovisno o geografskoj širini. Dodatni elementi su hlor, azot, sumpor, amonijak, ugljenik, ozon, ugljovodonici, hlorovodonične kiseline, fluorovodonik, bromovodonik, jodid vodonik.

Poseban dio zauzimaju živa, jod, brom i dušikov oksid. Osim toga, tečne i čvrste čestice zvane aerosol nalaze se u troposferi. Jedan od najrjeđih plinova na planeti, radon, nalazi se u atmosferi.

Što se tiče hemijskog sastava, azot zauzima više od 78% atmosfere, kiseonik - skoro 21%, ugljen-dioksid - 0,03%, argon - skoro 1%, ukupna količina supstance je manja od 0,01%. Ovaj sastav vazduha je formiran kada se planeta prvi put pojavila i počela da se razvija.

Dolaskom čovjeka, koji je postepeno prešao na proizvodnju, promijenio se kemijski sastav. Konkretno, količina ugljičnog dioksida se stalno povećava.

Funkcije atmosfere

Plinovi pronađeni u vazdušni sloj, obavljaju različite funkcije. Prvo, apsorbuju zrake i energiju zračenja. Drugo, utiču na formiranje temperature u atmosferi i na Zemlji. Treće, osigurava život i njegov tok na Zemlji.

Osim toga, ovaj sloj omogućava termoregulaciju, koja određuje vremenske prilike i klimu, način distribucije topline i atmosferski pritisak. Troposfera pomaže u regulaciji protoka zračnih masa, određivanju kretanja vode i procesa izmjene topline.

Atmosfera je u stalnoj interakciji s litosferom i hidrosferom, osiguravajući geološke procese. Najvažnija funkcija je da pruža zaštitu od prašine meteoritskog porijekla, od uticaja svemira i sunca.

Podaci

• Kiseonik na Zemlji nastaje razgradnjom organske materije u čvrstoj steni, što je veoma važno prilikom emisije, raspadanja stena i oksidacije organizama.
• Ugljični dioksid pomaže u fotosintezi, a također doprinosi prijenosu kratkih valova sunčevog zračenja i apsorpciji dugih termalnih valova. Ako se to ne dogodi, onda se opaža takozvani efekat staklene bašte.
• Jedan od glavnih problema vezanih za atmosferu je zagađenje, koje nastaje zbog rada fabrika i automobilskih emisija. Stoga su mnoge zemlje uvele posebnu kontrolu životne sredine, i međunarodnom nivou Poduzimaju se posebni mehanizmi za regulisanje emisija i efekta staklene bašte.

STRUKTURA ATMOSFERE

Atmosfera(od starogrčkog ἀτμός - para i σφαῖρα - lopta) - plinska školjka (geosfera) koja okružuje planetu Zemlju. Njegova unutrašnja površina pokriva hidrosferu i djelomično zemljine kore, vanjski graniči sa prizemnim dijelom svemira.

Fizička svojstva

Debljina atmosfere je otprilike 120 km od površine Zemlje. Ukupna masa vazduha u atmosferi je (5,1-5,3) 10 18 kg. Od toga je masa suvog vazduha (5,1352 ± 0,0003) 10 18 kg, ukupna masa vodene pare je u proseku 1,27 10 16 kg.

Molarna masa čistog suhog zraka je 28,966 g/mol, a gustina zraka na površini mora oko 1,2 kg/m3. Pritisak na 0 °C na nivou mora je 101,325 kPa; kritična temperatura - -140,7 °C; kritični pritisak - 3,7 MPa; C p na 0 °C - 1,0048·10 3 J/(kg·K), C v - 0,7159·10 3 J/(kg·K) (na 0 °C). Rastvorljivost vazduha u vodi (po masi) na 0 °C - 0,0036%, na 25 °C - 0,0023%.

Kao „normalni uslovi“ na površini Zemlje prihvaćeni su: gustina 1,2 kg/m3, barometarski pritisak 101,35 kPa, temperatura plus 20 °C i relativna vlažnost 50%. Ovi uslovni indikatori imaju čisto inženjerski značaj.

Struktura atmosfere

Atmosfera ima slojevitu strukturu. Slojevi atmosfere razlikuju se jedni od drugih po temperaturi zraka, njegovoj gustoći, količini vodene pare u zraku i drugim svojstvima.

Troposfera(starogrčki τρόπος - "okret", "promena" i σφαῖρα - "lopta") - donji, najviše proučavan sloj atmosfere, visok 8-10 km u polarnim predelima, do 10-12 km u umerenim geografskim širinama, na ekvatoru - 16-18 km.

Kada raste u troposferi, temperatura se smanjuje u prosjeku za 0,65 K svakih 100 m i dostiže 180-220 K u gornjem dijelu. Ovaj gornji sloj troposfere, u kojem prestaje smanjenje temperature sa visinom, naziva se tropopauza. Sljedeći sloj atmosfere, koji se nalazi iznad troposfere, naziva se stratosfera.

Više od 80% ukupne mase atmosferskog zraka koncentrisano je u troposferi, turbulencija i konvekcija su jako razvijene, koncentrisan je pretežni dio vodene pare, nastaju oblaci, formiraju se atmosferski frontovi, razvijaju se cikloni i anticikloni, kao i drugi procesi. koji određuju vreme i klimu. Procesi koji se odvijaju u troposferi prvenstveno su uzrokovani konvekcijom.

Dio troposfere unutar kojeg je moguće formiranje glečera na zemljinoj površini naziva se hionosfera.

Tropopauza(od grčkog τροπος - okret, promjena i παῦσις - zaustavljanje, završetak) - sloj atmosfere u kojem se zaustavlja smanjenje temperature s visinom; prelazni sloj iz troposfere u stratosferu. U zemljinoj atmosferi, tropopauza se nalazi na visinama od 8-12 km (nad nivoa mora) u polarnim područjima i do 16-18 km iznad ekvatora. Visina tropopauze zavisi i od doba godine (ljeti se tropopauza nalazi više nego zimi) i ciklonalne aktivnosti (u ciklonima je niža, a u anticiklonima veća)

Debljina tropopauze kreće se od nekoliko stotina metara do 2-3 kilometra. U suptropskim područjima uočavaju se prekidi tropopauze zbog snažnih mlaznih struja. Tropauza na određenim područjima često je uništena i ponovo formirana.

Stratosfera(od latinskog stratum - pod, sloj) - sloj atmosfere koji se nalazi na nadmorskoj visini od 11 do 50 km. Karakterizira ga blaga promjena temperature u sloju od 11-25 km (donji sloj stratosfere) i povećanje temperature u sloju od 25-40 km od -56,5 do 0,8 °C (gornji sloj stratosfere ili inverziona regija) . Nakon dostizanja vrijednosti od oko 273 K (skoro 0 °C) na visini od oko 40 km, temperatura ostaje konstantna do visine od oko 55 km. Ovo područje konstantne temperature naziva se stratopauza i predstavlja granicu između stratosfere i mezosfere. Gustina zraka u stratosferi je desetine i stotine puta manja nego na nivou mora.

Upravo u stratosferi se nalazi ozonski omotač („ozonski sloj“) (na nadmorskoj visini od 15-20 do 55-60 km), koji određuje gornju granicu života u biosferi. Ozon (O 3) nastaje kao rezultat fotohemijskih reakcija najintenzivnije na visini od ~30 km. Ukupna masa O 3 bi pri normalnom pritisku iznosila sloj debljine 1,7-4,0 mm, ali to je dovoljno da apsorbuje ultraljubičasto zračenje Sunca koje uništava život. Uništavanje O 3 događa se kada on stupi u interakciju sa slobodnim radikalima, NO i spojevima koji sadrže halogene (uključujući "freone").

U stratosferi se zadržava najveći dio kratkotalasnog dijela ultraljubičastog zračenja (180-200 nm) i transformira se energija kratkih valova. Pod uticajem ovih zraka, magnetna polja se menjaju, molekuli se raspadaju, dolazi do jonizacije i nastaje novo formiranje gasova i drugih hemijskih jedinjenja. Ovi procesi se mogu posmatrati u obliku sjevernog svjetla, munja i drugih sjaja.

U stratosferi i višim slojevima, pod uticajem sunčevog zračenja, molekuli gasa disociraju na atome (iznad 80 km CO 2 i H 2 disociraju, iznad 150 km - O 2, iznad 300 km - N 2). Na visini od 200-500 km dolazi do jonizacije gasova i u jonosferi, a na visini od 320 km koncentracija naelektrisanih čestica (O + 2, O − 2, N + 2) iznosi ~ 1/300 koncentracija neutralnih čestica. U gornjim slojevima atmosfere nalaze se slobodni radikali - OH, HO 2 itd.

U stratosferi gotovo da nema vodene pare.

Letovi u stratosferu počeli su 1930-ih. Nadaleko je poznat let na prvom stratosferskom balonu (FNRS-1), koji su izveli Auguste Picard i Paul Kipfer 27. maja 1931. godine na visinu od 16,2 km. Moderni borbeni i nadzvučni komercijalni avioni lete u stratosferi na visinama uglavnom do 20 km (iako dinamički plafon može biti mnogo veći). Meteorološki baloni na velikim visinama dižu se do 40 km; rekord za balon bez posade je 51,8 km.

IN U poslednje vreme U američkim vojnim krugovima velika pažnja se poklanja razvoju slojeva stratosfere iznad 20 km, često nazivanih „predsvemirskim“. « blizu svemira» ). Pretpostavlja se da će bespilotne letjelice i letjelice na solarni pogon (kao što je NASA-in Pathfinder) moći dugo vrijeme biti na nadmorskoj visini od oko 30 km i obezbjeđivati ​​nadzor i komunikaciju na veoma velikim područjima, a pritom ostati nisko ranjiv na sisteme protivvazdušne odbrane; Takvi će uređaji biti višestruko jeftiniji od satelita.

Stratopauza- sloj atmosfere koji je granica između dva sloja, stratosfere i mezosfere. U stratosferi temperatura raste sa povećanjem nadmorske visine, a stratopauza je sloj u kojem temperatura dostiže svoj maksimum. Temperatura stratopauze je oko 0 °C.

Ovaj fenomen se ne opaža samo na Zemlji, već i na drugim planetama koje imaju atmosferu.

Na Zemlji se stratopauza nalazi na nadmorskoj visini od 50 - 55 km. Atmosferski pritisak je oko 1/1000 od nivoa mora.

Mezosfera(od grčkog μεσο- - "sredina" i σφαῖρα - "lopta", "sfera") - sloj atmosfere na visinama od 40-50 do 80-90 km. Karakterizira ga povećanje temperature s visinom; maksimalna (oko +50°C) temperatura se nalazi na nadmorskoj visini od oko 60 km, nakon čega temperatura počinje opadati na -70° ili -80°C. Ovo smanjenje temperature povezano je sa snažnom apsorpcijom sunčevog zračenja (radijacije) ozonom. Termin je usvojila Geografsko-geofizička unija 1951. godine.

Sastav gasa u mezosferi, kao iu donjem sloju atmosfere, je konstantan i sadrži oko 80% azota i 20% kiseonika.

Mezosfera je od donje stratosfere odvojena stratopauzom, a od termosfere koja leži iznad mezopauze. Mezopauza se u osnovi poklapa sa turbopauzom.

Meteori počinju da sijaju i, po pravilu, potpuno izgore u mezosferi.

U mezosferi se mogu pojaviti notilucentni oblaci.

Za letove, mezosfera je neka vrsta „mrtve zone“ - ovdje je zrak previše razrijeđen da bi mogao izdržati avione ili balone (na visini od 50 km gustina zraka je 1000 puta manja nego na nivou mora), a istovremeno pregusta za umjetne letove satelita u tako niskoj orbiti. Direktna proučavanja mezosfere provode se uglavnom korištenjem suborbitalnih vremenskih raketa; Uopšteno govoreći, mezosfera je slabije proučavana od ostalih slojeva atmosfere, zbog čega su joj naučnici dali nadimak „ignorosfera“.

Mesopauza

Mesopauza- sloj atmosfere koji razdvaja mezosferu i termosferu. Na Zemlji se nalazi na nadmorskoj visini od 80-90 km. U mezopauzi postoji temperaturni minimum, koji iznosi oko -100 °C. Ispod (počevši od visine od oko 50 km) temperatura opada sa visinom, više (do visine od oko 400 km) ponovo raste. Mezopauza se poklapa sa donjom granicom područja aktivne apsorpcije rendgenskog i kratkotalasnog ultraljubičastog zračenja Sunca. Na ovoj nadmorskoj visini primećuju se brušeni oblaci.

Mesopauza se javlja ne samo na Zemlji, već i na drugim planetama koje imaju atmosferu.

Karmanova linija- nadmorska visina, koja je konvencionalno prihvaćena kao granica između Zemljine atmosfere i svemira.

Prema definiciji Fédération Aéronautique Internationale (FAI), Karmanova linija se nalazi na nadmorskoj visini od 100 km.

Visina je dobila ime po Teodoru fon Karmanu, američkom naučniku mađarskog porekla. On je bio prvi koji je utvrdio da se na približno ovoj visini atmosfera toliko razrjeđuje da aeronautika postaje nemoguća, jer brzina aviona potrebna za stvaranje dovoljnog uzgona postaje veća od prve kosmičke brzine, pa je stoga za postizanje većih visina potrebno koristiti astronautiku.

Zemljina atmosfera se nastavlja dalje od Karmanove linije. Vanjski dio Zemljine atmosfere, egzosfera, proteže se do visine od 10 hiljada km ili više; na ovoj visini atmosfera se sastoji uglavnom od atoma vodika koji su sposobni napustiti atmosferu.

Postizanje Karmanove linije bio je prvi uslov za dobijanje nagrade Ansari X, jer je to osnov za prepoznavanje leta kao svemirskog leta.

Sastav Zemlje. Zrak

Vazduh je mehanička mešavina raznih gasova koji čine Zemljinu atmosferu. Vazduh je neophodan za disanje živi organizmi, ima široku primenu u industriji.

Činjenica da je zrak mješavina, a ne homogena supstanca, dokazana je tokom eksperimenata škotskog naučnika Josepha Blacka. Tokom jedne od njih, naučnik je otkrio da kada se bijeli magnezijum (magnezijum karbonat) zagreje, oslobađa se „vezani vazduh“, odnosno ugljen-dioksid i nastaje izgoreni magnezijum (magnezijum oksid). Prilikom sagorijevanja krečnjaka, naprotiv, uklanja se "vezani zrak". Na osnovu ovih eksperimenata, naučnik je zaključio da je razlika između ugljen-dioksida i kaustičnih alkalija u tome što prva sadrži ugljen-dioksid, koji je jedan od komponente zrak. Danas znamo da pored ugljičnog dioksida, sastav zemaljskog zraka uključuje:

Odnos gasova u zemljinoj atmosferi naveden u tabeli je tipičan za njene niže slojeve, do visine od 120 km. U ovim područjima leži dobro izmiješana, homogena regija koja se zove homosfera. Iznad homosfere leži heterosfera, koju karakteriše razlaganje molekula gasa na atome i ione. Regije su odvojene jedna od druge turbo pauzom.

Hemijska reakcija u kojoj se molekule razlažu na atome pod utjecajem sunčevog i kosmičkog zračenja naziva se fotodisocijacija. Kada se molekularni kiseonik razgradi, on nastaje atomski kiseonik, koji je glavni gas atmosfere na visinama iznad 200 km. Na visinama iznad 1200 km počinju da prevladavaju vodonik i helijum, koji su najlakši od gasova.

Budući da je najveći dio zraka koncentrisan u 3 niža atmosferska sloja, promjene u sastavu zraka na visinama iznad 100 km nemaju primjetan uticaj na opšti sastav atmosfera.

Azot je najčešći gas, koji čini više od tri četvrtine zapremine vazduha na Zemlji. Moderni dušik je nastao oksidacijom rane atmosfere amonijak-vodik molekularnim kisikom, koji nastaje tokom fotosinteze. Trenutno male količine dušika ulaze u atmosferu kao rezultat denitrifikacije – procesa redukcije nitrata u nitrite, nakon čega slijedi stvaranje plinovitih oksida i molekularnog dušika, koji proizvode anaerobni prokarioti. Dio dušika ulazi u atmosferu tokom vulkanskih erupcija.

U gornjim slojevima atmosfere, kada je izložen električnim pražnjenjima uz učešće ozona, molekularni dušik se oksidira u dušikov monoksid:

N 2 + O 2 → 2NO

U normalnim uslovima, monoksid odmah reaguje sa kiseonikom i formira azot-oksid:

2NO + O 2 → 2N 2 O

Azot je neophodan hemijski element zemljina atmosfera. Azot je dio proteina i obezbjeđuje mineralnu ishranu biljke. Određuje brzinu biohemijskih reakcija i igra ulogu razblaživača kiseonika.

Drugi najčešći gas u Zemljinoj atmosferi je kiseonik. Formiranje ovog plina povezano je s fotosintetskom aktivnošću biljaka i bakterija. I što su fotosintetski organizmi postajali raznovrsniji i brojniji, to je proces sadržaja kiseonika u atmosferi postajao značajniji. Mala količina teškog kiseonika se oslobađa tokom degazacije plašta.

U gornjim slojevima troposfere i stratosfere, pod uticajem ultraljubičastog sunčevog zračenja (označavamo ga kao hν), nastaje ozon:

O 2 + hν → 2O

Kao rezultat istog ultraljubičastog zračenja, ozon se razgrađuje:

O 3 + hν → O 2 + O

O 3 + O → 2O 2

Kao rezultat prve reakcije nastaje atomski kisik, a kao rezultat druge nastaje molekularni kisik. Sve 4 reakcije nazivaju se „Čepmanov mehanizam“, nazvan po britanskom naučniku Sidniju Čepmanu koji ih je otkrio 1930. godine.

Kiseonik se koristi za disanje živih organizama. Uz njegovu pomoć dolazi do procesa oksidacije i sagorijevanja.

Ozon služi za zaštitu živih organizama od ultraljubičastog zračenja, koje uzrokuje ireverzibilne mutacije. Najveća koncentracija ozona uočena je u donjoj stratosferi unutar tzv. ozonski omotač ili ozonski ekran, koji leži na nadmorskoj visini od 22-25 km. Sadržaj ozona je mali: pri normalnom pritisku sav ozon u Zemljinoj atmosferi zauzimao bi sloj debljine samo 2,91 mm.

Formiranje trećeg najčešćeg gasa u atmosferi, argona, kao i neona, helijuma, kriptona i ksenona, povezuje se sa vulkanskim erupcijama i raspadom radioaktivnih elemenata.

Konkretno, helijum je proizvod radioaktivnog raspada uranijuma, torija i radijuma: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (u ovim reakcijama α-čestica je jezgro helijuma, koje u toku procesa gubitka energije hvata elektrone i postaje 4 He).

Argon nastaje tokom procesa raspadanja radioaktivni izotop kalijum: 40 K → 40 Ar + γ.

Neon bježi iz magmatskih stijena.

Kripton nastaje kao krajnji proizvod raspada uranijuma (235 U i 238 U) i torija Th.

Glavnina atmosferskog kriptona nastala je u ranim fazama evolucije Zemlje kao rezultat raspada transuranskih elemenata sa fenomenalno kratkim poluraspadom ili je došla iz svemira, gdje je sadržaj kriptona deset miliona puta veći nego na Zemlji.

Ksenon je rezultat fisije uranijuma, ali najveći dio ovog plina ostaje u njemu ranim fazama formiranje Zemlje, iz primarne atmosfere.

Ugljični dioksid ulazi u atmosferu kao rezultat vulkanskih erupcija i tokom raspadanja organska materija. Njegov sadržaj u atmosferi srednjih geografskih širina Zemlje uvelike varira u zavisnosti od godišnjih doba: zimi se količina CO 2 povećava, a ljeti smanjuje. Ova fluktuacija je povezana s aktivnošću biljaka koje koriste ugljični dioksid u procesu fotosinteze.

Vodik nastaje kao rezultat razgradnje vode sunčevim zračenjem. Ali, budući da je najlakši od plinova koji čine atmosferu, on neprestano isparava u svemir, pa je stoga njegov sadržaj u atmosferi vrlo mali.

Vodena para je rezultat isparavanja vode sa površine jezera, rijeka, mora i kopna.

Koncentracija glavnih gasova u nižim slojevima atmosfere, sa izuzetkom vodene pare i ugljen-dioksida, je konstantna. U malim količinama atmosfera sadrži sumporov oksid SO 2, amonijak NH 3, ugljen monoksid CO, ozon O 3, hlorovodonik HCl, fluorovodonik HF, azot monoksid NO, ugljovodonike, pare žive Hg, jod I 2 i mnoge druge. U donjem atmosferskom sloju, troposferi, uvijek se nalazi velika količina suspendiranih čvrstih i tekućih čestica.

Izvori čestica u Zemljinoj atmosferi su vulkanske erupcije, polen biljaka, mikroorganizmi, a u novije vrijeme i ljudske aktivnosti kao što je spaljivanje fosilnih goriva tokom proizvodnje. Najsitnije čestice prašine, koje su jezgra kondenzacije, uzrokuju stvaranje magle i oblaka. Bez čestica koje su stalno prisutne u atmosferi, padavine ne bi padale na Zemlju.

Atmosfera(od grčkog atmos - para i spharia - lopta) - zračna ljuska Zemlje koja se rotira s njom. Razvoj atmosfere bio je usko povezan sa geološkim i geohemijskim procesima koji se dešavaju na našoj planeti, kao i sa aktivnostima živih organizama.

Donja granica atmosfere poklapa se sa površinom Zemlje, jer zrak prodire u najmanje pore u tlu i rastvara se čak iu vodi.

Gornja granica na visini od 2000-3000 km postepeno prelazi u svemir.

Zahvaljujući atmosferi, koja sadrži kiseonik, moguć je život na Zemlji. Atmosferski kisik se koristi u procesu disanja ljudi, životinja i biljaka.

Da nema atmosfere, Zemlja bi bila tiha kao i Mjesec. Uostalom, zvuk je vibracija čestica zraka. Plava boja neba je zbog činjenice da sunčeve zrake, prolazeći kroz atmosferu, kao kroz sočivo, razlažu se na sastavne boje. U ovom slučaju, zraci plave i plave boje su najviše raspršeni.

Atmosfera traje većina ultraljubičasto zračenje sunca, koje ima štetan uticaj na žive organizme. Takođe zadržava toplotu blizu površine Zemlje, sprečavajući našu planetu da se ohladi.

Struktura atmosfere

U atmosferi se može razlikovati nekoliko slojeva koji se razlikuju po gustoći (slika 1).

Troposfera

Troposfera- najniži sloj atmosfere, čija je debljina iznad polova 8-10 km, u umjerenim geografskim širinama - 10-12 km, a iznad ekvatora - 16-18 km.

Rice. 1. Struktura Zemljine atmosfere

Vazduh u troposferi se zagreva od strane zemljine površine, odnosno kopna i vode. Dakle, temperatura vazduha u ovom sloju opada sa visinom u proseku za 0,6 °C na svakih 100 m. Na gornjoj granici troposfere dostiže -55 °C. Istovremeno, u području ekvatora na gornjoj granici troposfere temperatura zraka je -70 °C, a u području sjevernog pola -65 °C.

Oko 80% mase atmosfere koncentrisano je u troposferi, nalazi se gotovo sva vodena para, javljaju se grmljavine, oluje, oblaci i padavine, a javlja se vertikalno (konvekcija) i horizontalno (vjetar) kretanje zraka.

Možemo reći da se vrijeme uglavnom formira u troposferi.

Stratosfera

Stratosfera- sloj atmosfere koji se nalazi iznad troposfere na nadmorskoj visini od 8 do 50 km. Boja neba u ovom sloju izgleda ljubičasta, što se objašnjava razrijeđenošću zraka, zbog čega se sunčevi zraci gotovo i ne raspršuju.

Stratosfera sadrži 20% mase atmosfere. Vazduh u ovom sloju je razrijeđen, vodene pare praktički nema, a samim tim gotovo da nema oblaka i padavina. Međutim, u stratosferi se uočavaju stabilna strujanja zraka čija brzina dostiže 300 km/h.

Ovaj sloj je koncentrisan ozona(ozonski ekran, ozonosfera), sloj koji upija ultraljubičastih zraka, sprečavajući ih da stignu do Zemlje i na taj način štiteći žive organizme na našoj planeti. Zahvaljujući ozonu, temperatura zraka na gornjoj granici stratosfere kreće se od -50 do 4-55 °C.

Između mezosfere i stratosfere nalazi se tranzicijska zona- stratopauza.

Mezosfera

Mezosfera- sloj atmosfere koji se nalazi na nadmorskoj visini od 50-80 km. Gustina zraka ovdje je 200 puta manja nego na površini Zemlje. Boja neba u mezosferi izgleda crna, a zvijezde su vidljive tokom dana. Temperatura vazduha pada na -75 (-90)°C.

Na visini od 80 km počinje termosfera. Temperatura zraka u ovom sloju naglo raste do visine od 250 m, a zatim postaje konstantna: na visini od 150 km dostiže 220-240 ° C; na visini od 500-600 km prelazi 1500 °C.

U mezosferi i termosferi, pod uticajem kosmičkih zraka, molekule gasa se raspadaju na nabijene (jonizovane) čestice atoma, pa se ovaj deo atmosfere naziva jonosfera- sloj vrlo razrijeđenog zraka, koji se nalazi na nadmorskoj visini od 50 do 1000 km, sastoji se uglavnom od joniziranih atoma kisika, molekula dušikovog oksida i slobodnih elektrona. Ovaj sloj karakteriše visoka naelektrisanost, a dugi i srednji radio talasi se odbijaju od njega, kao od ogledala.

U jonosferi se pojavljuju aurore - sjaj razrijeđenih plinova pod utjecajem električno nabijenih čestica koje lete sa Sunca - i uočavaju se oštre fluktuacije u magnetskom polju.

Egzosfera

Egzosfera- vanjski sloj atmosfere koji se nalazi iznad 1000 km. Ovaj sloj se naziva i sferom raspršivanja, jer se čestice plina ovdje kreću velikom brzinom i mogu se raspršiti u svemir.

Sastav atmosfere

Atmosfera je mešavina gasova koja se sastoji od azota (78,08%), kiseonika (20,95%), ugljen-dioksida (0,03%), argona (0,93%), male količine helijuma, neona, ksenona, kriptona (0,01%), ozona i drugih gasova, ali je njihov sadržaj zanemarljiv (tabela 1). Savremeni sastav Zemljinog zraka uspostavljen je prije više od stotinu miliona godina, ali je naglo povećana ljudska proizvodna aktivnost ipak dovela do njegove promjene. Trenutno postoji povećanje sadržaja CO 2 za otprilike 10-12%.

Plinovi koji čine atmosferu imaju različite funkcionalne uloge. Međutim, glavni značaj ovih gasova određen je prvenstveno činjenicom da oni veoma snažno apsorbuju energiju zračenja i time imaju značajan uticaj on temperaturni režim Zemljina površina i atmosfera.

Tabela 1. Hemijski sastav suhi atmosferski vazduh u blizini zemljine površine

	Volumenska koncentracija. %	Molekularna težina, jedinice
Kiseonik
Ugljen-dioksid
Dušikov oksid
	od 0 do 0,00001
Sumporov dioksid	od 0 do 0,000007 ljeti; od 0 do 0,000002 zimi
	Od 0 do 0,000002	46,0055/17,03061
Azog dioksid
Ugljen monoksid

Nitrogen, Najčešći gas u atmosferi, hemijski je neaktivan.

Kiseonik, za razliku od dušika, je kemijski vrlo aktivan element. Specifična funkcija kisik - oksidacija organske tvari heterotrofnih organizama, stijena i nedovoljno oksidiranih plinova koje vulkani emituju u atmosferu. Bez kiseonika ne bi došlo do raspadanja mrtve organske materije.

Uloga ugljičnog dioksida u atmosferi je izuzetno velika. U atmosferu ulazi kao rezultat procesa sagorijevanja, disanja živih organizama i raspadanja i prije svega je glavni građevinski materijal za stvaranje organske tvari tokom fotosinteze. osim toga, velika vrijednost Ugljični dioksid ima svojstvo prenošenja kratkovalnog sunčevog zračenja i apsorbiranja dijela toplotnog dugovalnog zračenja, što će stvoriti takozvani efekat staklene bašte, o čemu će biti riječi u nastavku.

Atmosferski procesi, posebno termički režim stratosfere, takođe su pod uticajem ozona. Ovaj plin služi kao prirodni apsorber ultraljubičastog zračenja sunca, a apsorpcija sunčevog zračenja dovodi do zagrijavanja zraka. Prosječne mjesečne vrijednosti ukupnog sadržaja ozona u atmosferi variraju u zavisnosti od geografske širine i doba godine u rasponu od 0,23-0,52 cm (ovo je debljina ozonskog omotača pri pritisku i temperaturi tla). Postoji povećanje sadržaja ozona od ekvatora do polova i godišnji ciklus sa minimumom u jesen i maksimumom u proljeće.

Karakteristično svojstvo atmosfere je da se sadržaj glavnih gasova (dušik, kiseonik, argon) neznatno menja sa visinom: na visini od 65 km u atmosferi sadržaj azota je 86%, kiseonika - 19, argona - 0,91 , na nadmorskoj visini od 95 km - azot 77, kiseonik - 21,3, argon - 0,82%. Konstantnost sastava atmosferskog zraka vertikalno i horizontalno održava se njegovim miješanjem.

Pored gasova, vazduh sadrži vodena para I čvrste čestice. Potonji mogu imati i prirodno i vještačko (antropogeno) porijeklo. To su polen, sitni kristali soli, cestovna prašina i aerosolne nečistoće. Kada sunčevi zraci prodru kroz prozor, mogu se vidjeti golim okom.

Posebno mnogo čestica čestica ima u vazduhu gradova i velikih industrijskih centara, gde se aerosolima dodaju emisije štetnih gasova i njihovih nečistoća koje nastaju prilikom sagorevanja goriva.

Koncentracija aerosola u atmosferi određuje prozirnost zraka, što utiče na sunčevo zračenje koje dopire do površine Zemlje. Najveći aerosoli su kondenzaciona jezgra (od lat. condensatio- zbijanje, zgušnjavanje) - doprinose transformaciji vodene pare u kapljice vode.

Važnost vodene pare determinisana je prvenstveno činjenicom da ona odlaže dugotalasno toplotno zračenje sa zemljine površine; predstavlja glavnu kariku velikih i malih ciklusa vlage; povećava temperaturu vazduha tokom kondenzacije vodenih slojeva.

Količina vodene pare u atmosferi varira u vremenu i prostoru. Tako se koncentracija vodene pare na površini zemlje kreće od 3% u tropima do 2-10 (15)% na Antarktiku.

Prosječan sadržaj vodene pare u vertikalnom stupcu atmosfere u umjerenim geografskim širinama je oko 1,6-1,7 cm (to je debljina sloja kondenzirane vodene pare). Informacije o vodenoj pari u različitim slojevima atmosfere su kontradiktorne. Pretpostavljalo se, na primjer, da u rasponu nadmorske visine od 20 do 30 km specifična vlažnost jako raste s visinom. Međutim, naknadna mjerenja ukazuju na veću suhoću stratosfere. Očigledno, specifična vlažnost u stratosferi malo zavisi od nadmorske visine i iznosi 2-4 mg/kg.

Promjenljivost sadržaja vodene pare u troposferi određena je interakcijom procesa isparavanja, kondenzacije i horizontalnog transporta. Kao rezultat kondenzacije vodene pare nastaju oblaci i padavine u obliku kiše, grada i snijega.

Procesi faznih prelaza vode odvijaju se pretežno u troposferi, zbog čega se oblaci u stratosferi (na visinama od 20-30 km) i mezosferi (u blizini mezopauze), nazvani biserno i srebrnasti, relativno retko uočavaju, dok se troposferski oblaci često pokrivaju oko 50% ukupne zemljine površine.površine.

Količina vodene pare koja može biti sadržana u zraku ovisi o temperaturi zraka.

1 m 3 zraka na temperaturi od -20 ° C ne može sadržavati više od 1 g vode; na 0 °C - ne više od 5 g; na +10 °C - ne više od 9 g; na +30 °C - ne više od 30 g vode.

zaključak:Što je temperatura zraka viša, više vodene pare može sadržavati.

Vazduh može biti bogat I nije zasićeno vodena para. Dakle, ako na temperaturi od +30 °C 1 m 3 zraka sadrži 15 g vodene pare, zrak nije zasićen vodenom parom; ako je 30 g - zasićeno.

Apsolutna vlažnost je količina vodene pare sadržana u 1 m3 vazduha. Izražava se u gramima. Na primjer, ako kažu "apsolutna vlažnost je 15", to znači da 1 m L sadrži 15 g vodene pare.

Relativna vlažnost- ovo je odnos (u procentima) stvarnog sadržaja vodene pare u 1 m 3 vazduha i količine vodene pare koja se može sadržati u 1 m L na datoj temperaturi. Na primjer, ako radio emituje vremensku prognozu da je relativna vlažnost 70%, to znači da zrak sadrži 70% vodene pare koju može zadržati na toj temperaturi.

Što je veća relativna vlažnost, tj. Što je zrak bliži stanju zasićenja, vjerovatnije su padavine.

U ekvatorijalnoj zoni uočava se uvijek visoka (do 90%) relativna vlažnost zraka, jer se tu zadržava tokom cijele godine. toplota vazduh i veliko isparavanje se dešava sa površine okeana. Ista visoka relativna vlažnost je i u polarnim područjima, ali zato kada niske temperaturečak i mala količina vodene pare čini vazduh zasićenim ili skoro zasićenim. U umjerenim geografskim širinama relativna vlažnost zraka varira u zavisnosti od godišnjih doba - viša je zimi, niža ljeti.

Relativna vlažnost vazduha u pustinjama je posebno niska: 1 m 1 vazduha tamo sadrži dva do tri puta manje vodene pare nego što je to moguće pri datoj temperaturi.

Za mjerenje relativne vlažnosti zraka koristi se higrometar (od grčkog hygros - mokar i metreco - mjerim).

Prilikom hlađenja zasićeni vazduh ne može zadržati istu količinu vodene pare, ona se zgušnjava (kondenzira) pretvarajući se u kapljice magle. Magla se može uočiti ljeti u vedrim, prohladnim noćima.

Oblaci- ovo je ista magla, samo što se formira ne na površini zemlje, već na određenoj visini. Kako se zrak diže, hladi se, a vodena para u njemu kondenzira. Nastale sitne kapljice vode čine oblake.

Formiranje oblaka takođe uključuje čestice suspendovan u troposferi.

Oblaci možda imaju različit oblik, što zavisi od uslova njihovog formiranja (tabela 14).

Najniži i najteži oblaci su stratusni. Nalaze se na nadmorskoj visini od 2 km od površine zemlje. Na nadmorskoj visini od 2 do 8 km mogu se uočiti slikovitiji kumulusni oblaci. Najviši i najlakši su cirusni oblaci. Nalaze se na nadmorskoj visini od 8 do 18 km iznad površine zemlje.

Porodice	Vrste oblaka	Izgled
A. Gornji oblaci - iznad 6 km	I. Cirrus	Nitasti, vlaknasti, bijeli
	II. Cirokumulus	Slojevi i grebeni sitnih ljuskica i kovrča, bijeli
	III. Cirrostratus	Prozirni bjelkasti veo
B. Oblačnost srednjeg nivoa - iznad 2 km	IV. Altocumulus	Slojevi i grebeni bijele i sive boje
	V. Altostratificirana	Glatki veo mlečno sive boje
B. Niski oblaci - do 2 km	VI. Nimbostratus	Čvrst bezobličan sivi sloj
	VII. Stratocumulus	Neprozirni slojevi i grebeni sive boje
	VIII. Slojevito	Neprozirni sivi veo
D. Oblaci vertikalnog razvoja - od donjeg do gornjeg sloja	IX. Cumulus	Klubovi i kupole su jarko bijeli, sa poderanim ivicama na vjetru
	X. Kumulonimbus	Snažne mase u obliku kumulusa tamne olovne boje

Atmosferska zaštita

Glavni izvor je industrijska preduzeća i automobile. U velikim gradovima, problem zagađenja gasom na glavnim saobraćajnicama je veoma akutan. Zato u mnogima glavni gradoviširom sveta, pa i kod nas, uvedena je ekološka kontrola toksičnosti izduvnih gasova vozila. Prema mišljenju stručnjaka, dim i prašina u zraku mogu prepoloviti dovod sunčeve energije na površinu zemlje, što će dovesti do promjene prirodnih uslova.