Ang mundo sa paligid natin ay nabuo mula sa tatlong magkakaibang bahagi: lupa, tubig at hangin. Ang bawat isa sa kanila ay natatangi at kawili-wili sa sarili nitong paraan. Ngayon ay pag-uusapan lamang natin ang tungkol sa huli sa kanila. Ano ang atmosphere? Paano ito nangyari? Saan ito ginawa at sa anong mga bahagi ito nahahati? Ang lahat ng mga tanong na ito ay lubhang kawili-wili.
Ang mismong pangalan na "atmosphere" ay nabuo mula sa dalawang salita Pinagmulan ng Greek, isinalin sa Russian ang ibig nilang sabihin ay "singaw" at "bola". At kung titingnan mo ang eksaktong kahulugan, mababasa mo ang sumusunod: "Ang atmospera ay ang hanging shell ng planetang Earth, na dumadaloy kasama nito sa kalawakan." Nabuo ito kasabay ng mga prosesong geological at geochemical na naganap sa planeta. At ngayon ang lahat ng mga prosesong nagaganap sa mga buhay na organismo ay nakasalalay dito. Kung walang kapaligiran, ang planeta ay magiging isang walang buhay na disyerto tulad ng buwan.
Ano ang binubuo nito?
Ang tanong kung ano ang kapaligiran at kung anong mga elemento ang kasama dito ay may mga interesadong tao sa loob ng mahabang panahon. Ang mga pangunahing bahagi ng shell na ito ay kilala na noong 1774. Inilagay sila ni Antoine Lavoisier. Natuklasan niya na ang komposisyon ng kapaligiran para sa pinaka-bahagi nabuo mula sa nitrogen at oxygen. Sa paglipas ng panahon, ang mga bahagi nito ay napino. At ngayon alam na natin na naglalaman ito ng maraming gas, pati na rin ang tubig at alikabok.
Isaalang-alang natin nang mas detalyado kung ano ang binubuo ng kapaligiran ng Earth malapit sa ibabaw nito. Ang pinakakaraniwang gas ay nitrogen. Naglalaman ito ng higit sa 78 porsyento. Ngunit, sa kabila ng napakalaking halaga, ang nitrogen sa hangin ay halos hindi aktibo.
Ang susunod na pinakamalaki at pinakamahalagang elemento ay oxygen. Ang gas na ito ay naglalaman ng halos 21%, at nagpapakita lamang ito ng napakataas na aktibidad. Ang tiyak na tungkulin nito ay ang pag-oxidize ng patay na organikong bagay, na nabubulok bilang resulta ng reaksyong ito.
Mababa ngunit mahalagang mga gas
Ang ikatlong gas na bahagi ng atmospera ay argon. Ito ay bahagyang mas mababa sa isang porsyento. Sinusundan ito ng carbon dioxide na may neon, helium na may methane, krypton na may hydrogen, xenon, ozone at maging ang ammonia. Ngunit ang mga ito ay naglalaman ng napakaliit na ang porsyento ng mga naturang bahagi ay katumbas ng hundredths, thousandths at millionths. Sa mga ito, tanging ang carbon dioxide ang gumaganap ng papel mahalagang papel, dahil ito ay isang materyales sa gusali na kailangan ng mga halaman para sa photosynthesis. Isa pa sa kanya mahalagang tungkulin ay upang harangan ang radiation at sumipsip ng ilan sa init ng araw.
Ang isa pang bihirang ngunit mahalagang gas, ozone, ay umiiral upang bitag ang ultraviolet radiation na nagmumula sa araw. Salamat sa ari-arian na ito, lahat ng buhay sa planeta ay mapagkakatiwalaan na protektado. Sa kabilang banda, ang ozone ay nakakaapekto sa temperatura ng stratosphere. Dahil sa ang katunayan na ito ay sumisipsip ng radiation na ito, ang hangin ay pinainit.
Ang katatagan ng dami ng komposisyon ng kapaligiran ay pinananatili ng walang tigil na paghahalo. Ang mga layer nito ay gumagalaw nang pahalang at patayo. Samakatuwid, kahit saan sa mundo ay may sapat na oxygen at walang labis carbon dioxide.
Ano pa ang nasa hangin?
Dapat tandaan na ang singaw at alikabok ay maaaring makita sa airspace. Ang huli ay binubuo ng mga pollen at mga particle ng lupa, sa lungsod sila ay pinagsama ng mga impurities ng particulate emissions mula sa mga maubos na gas.
Ngunit mayroong maraming tubig sa kapaligiran. Sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ito ay namumuo, at lumilitaw ang mga ulap at fog. Sa katunayan, ito ay ang parehong bagay, tanging ang mga una ay lumilitaw na mataas sa ibabaw ng ibabaw ng Earth, at ang huli ay kumakalat sa kahabaan nito. Ang mga ulap ay may iba't ibang hugis. Ang prosesong ito ay depende sa taas sa ibabaw ng Earth.
Kung nabuo sila ng 2 km sa itaas ng lupa, kung gayon sila ay tinatawag na layered. Mula sa kanila na bumabagsak ang ulan sa lupa o bumagsak ang niyebe. Nabubuo ang mga cumulus cloud sa itaas ng mga ito hanggang sa taas na 8 km. Palagi silang pinakamaganda at kaakit-akit. Sila ang sinusuri at nagtaka kung ano ang hitsura nila. Kung ang mga naturang pormasyon ay lilitaw sa susunod na 10 km, sila ay magiging napakagaan at mahangin. Ang kanilang pangalan ay cirrus.
Ano ang mga layer ng atmospera?
Bagama't mayroon silang ibang-iba na temperatura sa isa't isa, napakahirap sabihin sa kung anong partikular na taas ang isang layer ay nagsisimula at isa pang nagtatapos. Ang dibisyong ito ay napaka-kondisyon at tinatayang. Gayunpaman, ang mga layer ng atmospera ay umiiral pa rin at gumaganap ng kanilang mga tungkulin.
Ang pinaka Ilalim na bahagi ang air envelope ay tinatawag na troposphere. Ang kapal nito ay tumataas kapag lumilipat mula sa mga pole patungo sa ekwador mula 8 hanggang 18 km. Ito ang pinakamainit na bahagi ng atmospera, dahil ang hangin sa loob nito ay pinainit mula sa ibabaw ng lupa. Karamihan sa mga singaw ng tubig ay puro sa troposphere, kaya nabubuo ang mga ulap sa loob nito, bumabagsak ang ulan, dumadagundong ang mga bagyo at umiihip ang hangin.
Ang susunod na layer ay humigit-kumulang 40 km ang kapal at tinatawag na stratosphere. Kung ang nagmamasid ay lumipat sa bahaging ito ng hangin, makikita niya na ang langit ay naging kulay ube. Ito ay dahil sa mababang density ng sangkap, na halos hindi nakakalat sa mga sinag ng araw. Sa layer na ito lumilipad ang mga jet plane. Para sa kanila, lahat ng bukas na espasyo ay bukas doon, dahil halos walang mga ulap. Sa loob ng stratosphere mayroong isang layer na binubuo ng isang malaking bilang ozone.
Sinusundan ito ng stratopause at mesosphere. Ang huli ay may kapal na halos 30 km. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang matalim na pagbaba sa density ng hangin at temperatura. Tila itim ang langit sa nagmamasid. Dito maaari mo ring panoorin ang mga bituin sa araw.
Mga layer na may kaunti hanggang walang hangin
Ang istraktura ng atmospera ay nagpapatuloy sa isang layer na tinatawag na thermosphere - ang pinakamahaba sa lahat ng iba pa, ang kapal nito ay umabot sa 400 km. Ang layer na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang malaking temperatura, na maaaring umabot sa 1700 ° C.
Ang huling dalawang sphere ay madalas na pinagsama sa isa at tinatawag itong ionosphere. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang mga reaksyon ay nangyayari sa kanila sa pagpapalabas ng mga ions. Ang mga layer na ito ay nagbibigay-daan sa iyo upang obserbahan ang isang natural na kababalaghan tulad ng hilagang mga ilaw.
Ang susunod na 50 km mula sa Earth ay nakalaan para sa exosphere. Ito ang panlabas na shell ng atmospera. Sa loob nito, ang mga particle ng hangin ay nakakalat sa kalawakan. Karaniwang gumagalaw ang mga weather satellite sa layer na ito.
Ang kapaligiran ng Earth ay nagtatapos sa isang magnetosphere. Siya ang pinaka nakanlong mga artipisyal na satellite mga planeta.
Pagkatapos ng lahat ng nasabi, hindi na dapat pagtatanong kung ano ang kapaligiran. Kung may mga pagdududa tungkol sa pangangailangan nito, kung gayon madali itong alisin.
Ang halaga ng kapaligiran
Ang pangunahing tungkulin ng atmospera ay upang protektahan ang ibabaw ng planeta mula sa sobrang init sa araw at labis na paglamig sa gabi. Ang susunod na kahalagahan ng shell na ito, na walang sinuman ang magtatalo, ay ang pagbibigay ng oxygen sa lahat ng nabubuhay na nilalang. Kung wala ito, masusuffocate sila.
Karamihan sa mga meteorite ay nasusunog itaas na mga layer hindi kailanman umabot sa ibabaw ng lupa. At ang mga tao ay maaaring humanga sa mga lumilipad na ilaw, napagkakamalan silang mga shooting star. Kung walang atmospera, ang buong Earth ay mapupuno ng mga bunganga. At tungkol sa proteksyon mula sa solar radiation ay nabanggit na sa itaas.
Paano nakakaapekto ang isang tao sa kapaligiran?
Napaka-negatibo. Ito ay dahil sa lumalaking aktibidad ng mga tao. Ang pangunahing bahagi ng lahat negatibong puntos isinasaalang-alang ng industriya at transportasyon. Sa pamamagitan ng paraan, ito ay mga kotse na naglalabas ng halos 60% ng lahat ng mga pollutant na tumagos sa kapaligiran. Ang natitirang apatnapu ay nahahati sa pagitan ng enerhiya at industriya, pati na rin ang mga industriya para sa pagkasira ng basura.
Ang listahan ng mga nakakapinsalang sangkap na nagpupuno sa komposisyon ng hangin araw-araw ay napakahaba. Dahil sa transportasyon sa kapaligiran ay: nitrogen at sulfur, carbon, asul at uling, pati na rin ang isang malakas na carcinogen, nagdudulot ng kanser balat - benzopyrene.
Isinasaalang-alang ng industriya mga elemento ng kemikal: sulfur dioxide, hydrocarbon at hydrogen sulfide, ammonia at phenol, chlorine at fluorine. Kung magpapatuloy ang proseso, sa lalong madaling panahon ang mga sagot sa mga tanong: "Ano ang kapaligiran? Ano ang binubuo nito? magiging ganap na naiiba.
Ang pinakamataas na limitasyon nito ay nasa taas na 8-10 km sa polar, 10-12 km sa temperate at 16-18 km sa tropikal na latitude; mas mababa sa taglamig kaysa sa tag-araw. Ang mas mababang, pangunahing layer ng atmospera. Naglalaman ito ng higit sa 80% ng kabuuang masa ng hangin sa atmospera at humigit-kumulang 90% ng lahat ng singaw ng tubig na nasa atmospera. Ang turbulence at convection ay malakas na nabuo sa troposphere, lumilitaw ang mga ulap, nabubuo ang mga bagyo at anticyclone. Bumababa ang temperatura sa altitude na may average na vertical gradient na 0.65°/100 m
Para sa "normal na kondisyon" sa ibabaw ng Earth ay kinuha: density 1.2 kg/m3, barometric pressure 101.35 kPa, temperatura plus 20 °C at relative humidity 50%. Ang mga conditional indicator na ito ay may puro engineering value.
Stratosphere
Ang layer ng atmospera na matatagpuan sa taas na 11 hanggang 50 km. Ang isang bahagyang pagbabago sa temperatura sa 11-25 km layer (lower layer ng stratosphere) at ang pagtaas nito sa 25-40 km layer mula −56.5 hanggang 0.8 ° (itaas na stratosphere o inversion region) ay tipikal. Ang pagkakaroon ng maabot ang isang halaga ng tungkol sa 273 K (halos 0 ° C) sa isang altitude ng tungkol sa 40 km, ang temperatura ay nananatiling pare-pareho hanggang sa isang altitude ng tungkol sa 55 km. Ang lugar na ito pare-pareho ang temperatura ay tinatawag na stratopause at ito ang hangganan sa pagitan ng stratosphere at mesosphere.
Stratopause
Ang boundary layer ng atmospera sa pagitan ng stratosphere at mesosphere. Mayroong maximum sa vertical na pamamahagi ng temperatura (mga 0 °C).
Mesosphere
mesopause
Transitional layer sa pagitan ng mesosphere at thermosphere. Mayroong pinakamababa sa vertical na pamamahagi ng temperatura (mga -90°C).
Linya ng Karman
Altitude sa itaas ng antas ng dagat, na karaniwang tinatanggap bilang hangganan sa pagitan ng atmospera at kalawakan ng Earth.
Thermosphere
Ang itaas na limitasyon ay tungkol sa 800 km. Ang temperatura ay tumataas sa mga altitude ng 200-300 km, kung saan umabot ito sa mga halaga ng pagkakasunud-sunod ng 1500 K, pagkatapos nito ay nananatiling halos pare-pareho hanggang sa mataas na altitude. Sa ilalim ng impluwensya ng ultraviolet at x-ray solar radiation at cosmic radiation, ang hangin ay ionized ("polar lights") - ang mga pangunahing rehiyon ng ionosphere ay nasa loob ng thermosphere. Sa taas na higit sa 300 km, atomic oxygen.
Exosphere (sphere of scattering)
Hanggang sa taas na 100 km, ang kapaligiran ay isang homogenous, well-mixed mixture ng mga gas. Sa mas mataas na mga layer, ang pamamahagi ng mga gas sa taas ay nakasalalay sa kanilang mga molekular na masa, ang konsentrasyon ng mas mabibigat na gas ay bumababa nang mas mabilis sa distansya mula sa ibabaw ng Earth. Dahil sa pagbaba ng densidad ng gas, bumababa ang temperatura mula 0 °C sa stratosphere hanggang -110 °C sa mesosphere. Gayunpaman, ang kinetic energy ng mga indibidwal na particle sa taas na 200–250 km ay tumutugma sa temperatura na ~1500°C. Sa itaas ng 200 km, ang mga makabuluhang pagbabagu-bago sa temperatura at gas density ay sinusunod sa oras at espasyo.
Sa taas na humigit-kumulang 2000-3000 km, ang exosphere ay unti-unting pumapasok sa tinatawag na malapit sa space vacuum, na puno ng napakabihirang mga particle ng interplanetary gas, pangunahin ang hydrogen atoms. Ngunit ang gas na ito ay bahagi lamang ng interplanetary matter. Ang kabilang bahagi ay binubuo ng mga particle na tulad ng alikabok ng cometary at meteoric na pinagmulan. Bilang karagdagan sa napakabihirang mga particle na tulad ng alikabok, ang electromagnetic at corpuscular radiation ng solar at galactic na pinagmulan ay tumagos sa espasyong ito.
Ang troposphere ay bumubuo ng halos 80% ng masa ng atmospera, ang stratosphere ay humigit-kumulang 20%; ang masa ng mesosphere ay hindi hihigit sa 0.3%, ang thermosphere ay mas mababa sa 0.05% ng kabuuang masa ng atmospera. Batay sa mga electrical properties sa atmospera, ang neutrosphere at ionosphere ay nakikilala. Sa kasalukuyan ay pinaniniwalaan na ang atmospera ay umaabot sa taas na 2000-3000 km.
Depende sa komposisyon ng gas sa atmospera, naglalabas sila homosphere At heterosphere. heterosphere- ito ay isang lugar kung saan ang gravity ay may epekto sa paghihiwalay ng mga gas, dahil ang kanilang paghahalo sa ganoong taas ay bale-wala. Kaya't sinusunod ang variable na komposisyon ng heterosphere. Nasa ibaba nito ang isang halo-halong, homogenous na bahagi ng atmospera, na tinatawag na homosphere. Ang hangganan sa pagitan ng mga layer na ito ay tinatawag na turbopause, ito ay nasa taas na halos 120 km.
Mga Katangiang Pisikal
Ang kapal ng atmospera ay humigit-kumulang 2000 - 3000 km mula sa ibabaw ng Earth. Ang kabuuang masa ng hangin - (5.1-5.3)? 10 18 kg. Ang molar mass ng malinis na tuyong hangin ay 28.966. Presyon sa 0 °C sa antas ng dagat 101.325 kPa; kritikal na temperatura ?140.7 °C; kritikal na presyon 3.7 MPa; C p 1.0048?10? J / (kg K) (sa 0 °C), C v 0.7159 10? J/(kg K) (sa 0 °C). Ang solubility ng hangin sa tubig sa 0°C - 0.036%, sa 25°C - 0.22%.
Physiological at iba pang mga katangian ng kapaligiran
Nasa isang altitude na 5 km sa ibabaw ng antas ng dagat, ang isang hindi sanay na tao ay nagkakaroon ng gutom sa oxygen at, nang walang adaptasyon, ang pagganap ng isang tao ay makabuluhang nabawasan. Dito nagtatapos ang physiological zone ng atmospera. Ang paghinga ng tao ay nagiging imposible sa taas na 15 km, bagaman hanggang sa humigit-kumulang 115 km ang atmospera ay naglalaman ng oxygen.
Ang kapaligiran ay nagbibigay sa atin ng oxygen na kailangan natin para huminga. Gayunpaman, dahil sa pagbaba ng kabuuang presyon ng atmospera habang tumataas ka sa taas, bumababa rin ang bahagyang presyon ng oxygen nang naaayon.
Ang mga baga ng tao ay patuloy na naglalaman ng humigit-kumulang 3 litro ng alveolar air. Ang bahagyang presyon ng oxygen sa alveolar air sa normal na presyon ng atmospera ay 110 mm Hg. Art., presyon ng carbon dioxide - 40 mm Hg. Art., at singaw ng tubig - 47 mm Hg. Art. Sa pagtaas ng altitude, bumababa ang presyon ng oxygen, at ang kabuuang presyon ng singaw ng tubig at carbon dioxide sa mga baga ay nananatiling halos pare-pareho - mga 87 mm Hg. Art. Ang daloy ng oxygen sa baga ay ganap na titigil kapag ang presyon ng nakapalibot na hangin ay naging katumbas ng halagang ito.
Sa taas na humigit-kumulang 19-20 km, ang presyon ng atmospera ay bumaba sa 47 mm Hg. Art. Samakatuwid, sa taas na ito, ang tubig at interstitial fluid ay nagsisimulang kumulo sa katawan ng tao. Sa labas ng presyur na cabin sa mga altitude na ito, ang kamatayan ay nangyayari halos kaagad. Kaya, mula sa punto ng view ng pisyolohiya ng tao, ang "espasyo" ay nagsisimula na sa taas na 15-19 km.
Ang mga siksik na layer ng hangin - ang troposphere at stratosphere - ay nagpoprotekta sa atin mula sa mga nakakapinsalang epekto ng radiation. Na may sapat na rarefaction ng hangin, sa mga altitude na higit sa 36 km, ang ionizing radiation, pangunahing cosmic ray, ay may matinding epekto sa katawan; sa mga taas na higit sa 40 km, ang ultraviolet na bahagi ng solar spectrum, na mapanganib para sa mga tao, ay nagpapatakbo.
Habang tumataas tayo sa isang mas mataas na taas sa ibabaw ng Earth, ang mga kababalaghang pamilyar sa atin ay naobserbahan sa mas mababang mga layer ng atmospera, tulad ng pagpapalaganap ng tunog, ang paglitaw ng aerodynamic lift at drag, paglipat ng init sa pamamagitan ng convection, atbp. ., unti-unting humina, at pagkatapos ay ganap na nawawala.
Sa mga rarefied layer ng hangin, imposible ang pagpapalaganap ng tunog. Hanggang sa mga taas na 60-90 km, posible pa ring gumamit ng air resistance at lift para sa kinokontrol na aerodynamic flight. Ngunit simula sa mga taas na 100-130 km, ang mga konsepto ng M number at ang sound barrier na pamilyar sa bawat piloto ay nawawalan ng kahulugan, doon ay pumasa sa conditional na Karman Line, lampas kung saan magsisimula ang globo ng puro ballistic flight, na maaari lamang kontrolin. gamit ang mga reaktibong pwersa.
Sa mga taas na higit sa 100 km, ang kapaligiran ay wala rin ng isa pang kahanga-hangang pag-aari - ang kakayahang sumipsip, magsagawa at magpadala thermal energy sa pamamagitan ng kombeksyon (i.e., sa tulong ng paghahalo ng hangin). Nangangahulugan ito na ang iba't ibang mga elemento ng kagamitan, kagamitan ng orbital istasyon ng kalawakan ay hindi makakapagpalamig sa labas tulad ng karaniwang ginagawa sa isang eroplano - sa tulong ng mga air jet at mga air cooler. Sa ganoong taas, tulad ng sa pangkalahatan sa espasyo, ang tanging paraan Ang paglipat ng init ay thermal radiation.
Komposisyon ng kapaligiran
Ang kapaligiran ng Earth ay pangunahing binubuo ng mga gas at iba't ibang mga dumi (alikabok, mga patak ng tubig, mga kristal ng yelo, mga asin sa dagat, mga produkto ng pagkasunog).
Ang konsentrasyon ng mga gas na bumubuo sa atmospera ay halos pare-pareho, maliban sa tubig (H 2 O) at carbon dioxide (CO 2).
| Gas | Nilalaman sa dami, % |
Nilalaman base sa bigat, % |
|---|---|---|
| Nitrogen | 78,084 | 75,50 |
| Oxygen | 20,946 | 23,10 |
| Argon | 0,932 | 1,286 |
| Tubig | 0,5-4 | - |
| Carbon dioxide | 0,032 | 0,046 |
| Neon | 1.818×10 −3 | 1.3×10 −3 |
| Helium | 4.6×10 −4 | 7.2×10 −5 |
| Methane | 1.7×10 −4 | - |
| Krypton | 1.14×10 −4 | 2.9×10 −4 |
| Hydrogen | 5×10 −5 | 7.6×10 −5 |
| Xenon | 8.7×10 −6 | - |
| Nitrous oxide | 5×10 −5 | 7.7×10 −5 |
Bilang karagdagan sa mga gas na ipinahiwatig sa talahanayan, ang kapaligiran ay naglalaman ng SO 2, NH 3, CO, ozone, hydrocarbons, HCl, vapors, I 2, pati na rin ang maraming iba pang mga gas sa maliit na dami. Sa troposphere mayroong patuloy na isang malaking halaga ng mga nasuspinde na solid at likido na mga particle (aerosol).
Kasaysayan ng pagbuo ng atmospera
Ayon sa pinakakaraniwang teorya, ang kapaligiran ng Earth ay nasa apat na magkakaibang komposisyon sa paglipas ng panahon. Sa una, ito ay binubuo ng mga magaan na gas (hydrogen at helium) na nakuha mula sa interplanetary space. Ito ang tinatawag na pangunahing kapaligiran(mga apat na bilyong taon na ang nakalilipas). Sa susunod na yugto, ang aktibong aktibidad ng bulkan ay humantong sa saturation ng atmospera na may mga gas maliban sa hydrogen (carbon dioxide, ammonia, water vapor). Ganito po pangalawang kapaligiran(mga tatlong bilyong taon bago ang ating mga araw). Ang kapaligirang ito ay nakapagpapanumbalik. Dagdag pa, ang proseso ng pagbuo ng atmospera ay tinutukoy ng mga sumusunod na kadahilanan:
- pagtagas ng mga magaan na gas (hydrogen at helium) sa interplanetary space;
- mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa atmospera sa ilalim ng impluwensya ng ultraviolet radiation, mga paglabas ng kidlat at ilang iba pang mga kadahilanan.
Unti-unti, ang mga salik na ito ay humantong sa pagbuo tersiyaryong kapaligiran, na nailalarawan sa pamamagitan ng isang mas mababang nilalaman ng hydrogen at isang mas mataas na nilalaman ng nitrogen at carbon dioxide (nabuo bilang isang resulta ng mga reaksiyong kemikal mula sa ammonia at hydrocarbons).
Nitrogen
Ang pagbuo ng isang malaking halaga ng N 2 ay dahil sa oksihenasyon ng ammonia-hydrogen na kapaligiran ng molekular O 2, na nagsimulang magmula sa ibabaw ng planeta bilang isang resulta ng photosynthesis, simula sa 3 bilyong taon na ang nakalilipas. Ang N 2 ay inilabas din sa atmospera bilang resulta ng denitrification ng mga nitrates at iba pang mga compound na naglalaman ng nitrogen. Ang nitrogen ay na-oxidized ng ozone sa NO sa itaas na kapaligiran.
Ang Nitrogen N 2 ay pumapasok sa mga reaksyon lamang sa ilalim ng mga partikular na kondisyon (halimbawa, sa panahon ng paglabas ng kidlat). Ang oksihenasyon ng molecular nitrogen ng ozone sa panahon ng mga electrical discharge ay ginagamit sa industriyal na produksyon nitrogen fertilizers. I-oxidize ito sa mababang pagkonsumo ng enerhiya at i-convert ito sa biologically aktibong anyo cyanobacteria (blue-green algae) at nodule bacteria na bumubuo ng rhizobial symbiosis na may legumes, ang tinatawag na. berdeng pataba.
Oxygen
Ang komposisyon ng atmospera ay nagsimulang magbago nang radikal sa pagdating ng mga nabubuhay na organismo sa Earth, bilang isang resulta ng photosynthesis, na sinamahan ng pagpapalabas ng oxygen at ang pagsipsip ng carbon dioxide. Sa una, ang oxygen ay ginugol sa oksihenasyon ng mga pinababang compound - ammonia, hydrocarbons, ang ferrous na anyo ng bakal na nakapaloob sa mga karagatan, atbp. Sa pagtatapos ng yugtong ito, ang nilalaman ng oxygen sa atmospera ay nagsimulang lumaki. Unti-unti, nabuo ang isang modernong kapaligiran na may mga katangian ng oxidizing. Dahil nagdulot ito ng seryoso at biglaang pagbabago sa maraming prosesong nagaganap sa atmospera, lithosphere at biosphere, tinawag itong Oxygen Catastrophe.
Carbon dioxide
Ang nilalaman ng CO 2 sa atmospera ay nakasalalay sa aktibidad ng bulkan at mga proseso ng kemikal sa mga shell ng lupa, ngunit higit sa lahat - sa intensity ng biosynthesis at decomposition ng organikong bagay sa biosphere ng Earth. Halos ang buong kasalukuyang biomass ng planeta (mga 2.4 × 10 12 tonelada) ay nabuo dahil sa carbon dioxide, nitrogen at singaw ng tubig na nakapaloob sa hangin sa atmospera. Nakabaon sa karagatan, latian at kagubatan, ang organikong bagay ay nagiging karbon, langis at natural na gas. (tingnan ang Geochemical carbon cycle)
mga noble gas
Polusyon sa hangin
SA Kamakailan lamang nagsimulang maimpluwensyahan ng tao ang ebolusyon ng atmospera. Ang resulta ng kanyang mga aktibidad ay isang patuloy na makabuluhang pagtaas sa nilalaman ng carbon dioxide sa atmospera dahil sa pagkasunog ng mga hydrocarbon fuels na naipon sa mga nakaraang geological epochs. Malaking halaga ng CO 2 ang natupok sa panahon ng photosynthesis at nasisipsip ng mga karagatan sa mundo. Ang gas na ito ay pumapasok sa atmospera sa pamamagitan ng agnas ng mga carbonate na bato at organikong bagay ng pinagmulan ng halaman at hayop, gayundin dahil sa bulkanismo at mga aktibidad sa paggawa ng tao. Sa nakalipas na 100 taon, ang nilalaman ng CO 2 sa atmospera ay tumaas ng 10%, na ang pangunahing bahagi (360 bilyong tonelada) ay nagmumula sa pagkasunog ng gasolina. Kung ang rate ng paglago ng pagkasunog ng gasolina ay magpapatuloy, pagkatapos ay sa susunod na 50 - 60 taon ang halaga ng CO 2 sa atmospera ay magdodoble at maaaring humantong sa pandaigdigang pagbabago ng klima.
Ang pagkasunog ng gasolina ay ang pangunahing pinagmumulan ng mga polluting gas (СО,, SO 2). Ang sulfur dioxide ay na-oxidize ng atmospheric oxygen sa SO 3 sa itaas na kapaligiran, na kung saan ay nakikipag-ugnayan sa singaw ng tubig at ammonia, at ang nagreresultang sulfuric acid (H 2 SO 4) at ammonium sulfate ((NH 4) 2 SO 4) ay bumalik sa ang ibabaw ng Earth sa anyo ng isang tinatawag na. acid rain. Ang paggamit ng mga internal combustion engine ay humahantong sa makabuluhang polusyon sa hangin na may nitrogen oxides, hydrocarbons at lead compounds (tetraethyl lead Pb (CH 3 CH 2) 4)).
Ang polusyon ng aerosol sa atmospera ay sanhi ng parehong mga likas na sanhi (pagsabog ng bulkan, mga bagyo ng alikabok, pagpasok ng mga patak ng tubig sa dagat at pollen ng halaman, atbp.) at ng aktibidad ng ekonomiya ng tao (pagmimina ng mga ores at materyales sa gusali, pagkasunog ng gasolina, paggawa ng semento, atbp. .). Ang masinsinang malakihang pag-alis ng particulate matter sa atmospera ay isa sa posibleng dahilan pagbabago ng klima ng planeta.
Panitikan
- V. V. Parin, F. P. Kosmolinsky, B. A. Dushkov "Space biology and medicine" (2nd edition, binago at pinalaki), M.: "Prosveshchenie", 1975, 223 na pahina.
- N. V. Gusakova "Kimika kapaligiran", Rostov-on-Don: Phoenix, 2004, 192 na may ISBN 5-222-05386-5
- Sokolov V. A. Geochemistry ng mga natural na gas, M., 1971;
- McEwen M., Phillips L.. Atmospheric Chemistry, M., 1978;
- Wark K., Warner S., Polusyon sa hangin. Mga mapagkukunan at kontrol, trans. mula sa English., M.. 1980;
- Pagsubaybay sa polusyon sa background ng mga natural na kapaligiran. V. 1, L., 1982.
Tingnan din
Mga link
|
Ang kapaligiran ng daigdig |
Ang komposisyon ng kapaligiran. Ang air shell ng ating planeta - kapaligiran pinoprotektahan ang ibabaw ng mundo mula sa mga nakakapinsalang epekto sa mga buhay na organismo ng ultraviolet radiation mula sa Araw. Pinoprotektahan din nito ang Earth mula sa mga cosmic particle - alikabok at meteorites.
Ang kapaligiran ay binubuo ng isang mekanikal na halo ng mga gas: 78% ng dami nito ay nitrogen, 21% ay oxygen, at mas mababa sa 1% ay helium, argon, krypton at iba pang mga inert na gas. Ang dami ng oxygen at nitrogen sa hangin ay halos hindi nagbabago, dahil ang nitrogen ay halos hindi pumapasok sa mga kumbinasyon sa iba pang mga sangkap, at oxygen, na, kahit na napakaaktibo at ginugol sa paghinga, oksihenasyon at pagkasunog, ay patuloy na pinupunan ng mga halaman.
Hanggang sa taas na halos 100 km, ang porsyento ng mga gas na ito ay nananatiling halos hindi nagbabago. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang hangin ay patuloy na halo-halong.
Bilang karagdagan sa mga gas na ito, ang atmospera ay naglalaman ng humigit-kumulang 0.03% carbon dioxide, na kadalasang puro malapit sa ibabaw ng lupa at hindi pantay na ipinamamahagi: sa mga lungsod, mga sentrong pang-industriya at mga lugar ng aktibidad ng bulkan, ang halaga nito ay tumataas.
Mayroong palaging isang tiyak na halaga ng mga impurities sa kapaligiran - singaw ng tubig at alikabok. Ang nilalaman ng singaw ng tubig ay nakasalalay sa temperatura ng hangin: kung mas mataas ang temperatura, mas maraming singaw ang hawak ng hangin. Dahil sa pagkakaroon ng singaw na tubig sa hangin, posible ang atmospheric phenomena tulad ng rainbows, repraksyon ng sikat ng araw, atbp.
Ang alikabok ay pumapasok sa atmospera sa panahon ng pagsabog ng bulkan, buhangin at alikabok na bagyo, na may hindi kumpletong pagkasunog ng gasolina sa mga thermal power plant, atbp.
Ang istraktura ng kapaligiran. Ang density ng atmospera ay nagbabago sa taas: ito ay pinakamataas sa ibabaw ng Earth, at bumababa habang ito ay tumataas. Kaya, sa taas na 5.5 km, ang density ng kapaligiran ay 2 beses, at sa taas na 11 km - 4 na beses na mas mababa kaysa sa layer ng ibabaw.
Depende sa density, komposisyon at mga katangian ng mga gas, ang atmospera ay nahahati sa limang concentric layer (Larawan 34).
kanin. 34. Vertical na seksyon ng atmospera (atmospheric stratification)
1. Ang ilalim na layer ay tinatawag troposphere. Ang itaas na hangganan nito ay tumatakbo sa taas na 8-10 km sa mga pole at 16-18 km sa ekwador. Ang troposphere ay naglalaman ng hanggang 80% ng kabuuang masa ng atmospera at halos lahat ng singaw ng tubig.
Ang temperatura ng hangin sa troposphere ay bumababa sa taas ng 0.6 °C bawat 100 m at sa itaas na hangganan nito ay -45-55 °C.
Ang hangin sa troposphere ay patuloy na halo-halong, gumagalaw sa iba't ibang direksyon. Dito lamang nakikita ang mga fog, ulan, snowfalls, thunderstorms, bagyo at iba pang weather phenomena.
2. Sa itaas ay matatagpuan stratosphere, na umaabot sa taas na 50-55 km. Ang density ng hangin at presyon sa stratosphere ay bale-wala. Ang rarefied air ay binubuo ng parehong mga gas tulad ng sa troposphere, ngunit naglalaman ito ng mas maraming ozone. Ang pinakamataas na konsentrasyon ng ozone ay sinusunod sa isang altitude na 15-30 km. Ang temperatura sa stratosphere ay tumataas nang may taas at umabot sa 0 °C o higit pa sa itaas na hangganan nito. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang ozone ay sumisipsip ng maikling wavelength na bahagi ng solar energy, bilang isang resulta kung saan ang hangin ay uminit.
3. Sa itaas ng stratosphere ay namamalagi mesosphere, umaabot sa taas na 80 km. Sa loob nito, bumababa muli ang temperatura at umabot sa -90 ° C. Ang density ng hangin doon ay 200 beses na mas mababa kaysa sa ibabaw ng Earth.
4. Sa itaas ng mesosphere ay thermosphere(mula 80 hanggang 800 km). Ang temperatura sa layer na ito ay tumataas: sa taas na 150 km hanggang 220 °C; sa taas na 600 km hanggang 1500 °C. Ang mga atmospheric gas (nitrogen at oxygen) ay nasa isang ionized na estado. Sa ilalim ng pagkilos ng short-wave solar radiation, ang mga indibidwal na electron ay hiwalay sa mga shell ng mga atomo. Bilang resulta, sa layer na ito - ionosphere lumilitaw ang mga layer ng mga sisingilin na particle. Ang kanilang pinakasiksik na layer ay nasa taas na 300-400 km. Dahil sa mababang density, ang sinag ng araw ay hindi nakakalat doon, kaya ang kalangitan ay itim, ang mga bituin at mga planeta ay kumikinang nang maliwanag dito.
Sa ionosphere mayroong polar lights, makapangyarihan mga agos ng kuryente na nagdudulot ng kaguluhan magnetic field Lupa.
5. Sa itaas ng 800 km, ang panlabas na shell ay matatagpuan - exosphere. Ang bilis ng paggalaw ng mga indibidwal na particle sa exosphere ay lumalapit sa kritikal na isa - 11.2 mm/s, kaya ang mga indibidwal na particle ay maaaring madaig ang gravity ng Earth at makatakas sa kalawakan ng mundo.
Ang halaga ng kapaligiran. Ang papel ng atmospera sa buhay ng ating planeta ay napakahusay. Kung wala ito, ang Earth ay patay na. Pinoprotektahan ng atmospera ang ibabaw ng Earth mula sa matinding pag-init at paglamig. Ang impluwensya nito ay maihahalintulad sa papel na ginagampanan ng salamin sa mga greenhouse: upang makapasok ang mga sinag ng araw at maiwasan ang paglabas ng init.
Pinoprotektahan ng atmospera ang mga buhay na organismo mula sa shortwave at corpuscular radiation ng Araw. Ang kapaligiran ay ang kapaligiran kung saan nangyayari ang mga phenomena ng panahon, kung saan nauugnay ang lahat ng aktibidad ng tao. Ang pag-aaral ng shell na ito ay isinasagawa sa mga istasyon ng meteorolohiko. Araw at gabi, sa anumang panahon, sinusubaybayan ng mga meteorologist ang estado ng mas mababang kapaligiran. Apat na beses sa isang araw, at sa maraming istasyon bawat oras, sinusukat nila ang temperatura, presyon, halumigmig ng hangin, tandaan ang cloudiness, direksyon at bilis ng hangin, pag-ulan, electrical at sound phenomena sa atmospera. Ang mga istasyon ng meteorolohiko ay matatagpuan sa lahat ng dako: sa Antarctica at sa mga tropikal na rainforest, sa matataas na bundok at sa walang hangganang kalawakan ng tundra. Ginagawa rin ang mga obserbasyon sa mga karagatan mula sa mga espesyal na ginawang barko.
Mula sa 30s. ika-20 siglo nagsimula ang mga obserbasyon sa malayang kapaligiran. Nagsimula silang maglunsad ng mga radiosonde, na tumaas sa taas na 25-35 km, at sa tulong ng mga kagamitan sa radyo ay nagpapadala sa Earth ng impormasyon tungkol sa temperatura, presyon, kahalumigmigan ng hangin at bilis ng hangin. Sa ngayon, malawak na ring ginagamit ang meteorological rockets at satellite. Ang huli ay may mga instalasyon sa telebisyon na nagpapadala ng mga larawan ng ibabaw ng lupa at mga ulap.
| |
5. Air shell ng lupa§ 31. Pag-init ng kapaligiran
Sa antas ng dagat 1013.25 hPa (mga 760 mmHg). Ang average na global air temperature sa ibabaw ng Earth ay 15°C, habang ang temperatura ay nag-iiba mula sa humigit-kumulang 57°C sa mga subtropikal na disyerto hanggang -89°C sa Antarctica. Bumababa ang density at presyon ng hangin sa taas ayon sa isang batas na malapit sa exponential.
Ang istraktura ng kapaligiran. Patayo, ang kapaligiran ay may isang layered na istraktura, na pangunahing tinutukoy ng mga tampok ng vertical na pamamahagi ng temperatura (figure), na nakasalalay sa lokasyon ng heograpiya, panahon, oras ng araw, at iba pa. Ang mas mababang layer ng atmospera - ang troposphere - ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang pagbaba sa temperatura na may taas (sa pamamagitan ng tungkol sa 6 ° C bawat 1 km), ang taas nito ay mula 8-10 km sa polar latitude hanggang 16-18 km sa tropiko. Dahil sa mabilis na pagbaba ng density ng hangin na may taas, humigit-kumulang 80% ng kabuuang masa ng atmospera ay nasa troposphere. Sa itaas ng troposphere ay ang stratosphere - isang layer na nailalarawan sa pangkalahatang pagtaas temperatura na may altitude. Ang transition layer sa pagitan ng troposphere at stratosphere ay tinatawag na tropopause. Sa mas mababang stratosphere, hanggang sa isang antas na humigit-kumulang 20 km, ang temperatura ay nagbabago nang kaunti sa taas (ang tinatawag na isothermal na rehiyon) at kadalasan ay bahagyang bumababa. Mas mataas, ang temperatura ay tumataas dahil sa pagsipsip ng solar UV radiation ng ozone, dahan-dahan sa una, at mas mabilis mula sa antas na 34-36 km. Ang itaas na hangganan ng stratosphere - ang stratopause - ay matatagpuan sa taas na 50-55 km, na tumutugma sa pinakamataas na temperatura (260-270 K). Ang layer ng atmospera, na matatagpuan sa isang altitude ng 55-85 km, kung saan ang temperatura ay muling bumagsak sa taas, ay tinatawag na mesosphere, sa itaas na hangganan nito - ang mesopause - ang temperatura ay umabot sa 150-160 K sa tag-araw, at 200- 230 K sa taglamig. Sa itaas ng mesopause, nagsisimula ang thermosphere - isang layer, na nailalarawan mabilis na pagtaas temperatura na umaabot sa 800-1200 K sa isang altitude na 250 km. Ang corpuscular at X-ray radiation ng Araw ay nasisipsip sa thermosphere, ang mga meteor ay pinabagal at nasusunog, samakatuwid ito ay gumaganap ng pag-andar ng proteksiyon na layer ng Earth. Kahit na mas mataas ay ang exosphere, mula sa kung saan ang mga atmospheric gas ay nalalantad sa kalawakan ng mundo dahil sa pagwawaldas at kung saan nagaganap ang unti-unting paglipat mula sa atmospera patungo sa interplanetary space.
Komposisyon ng kapaligiran. Hanggang sa taas na halos 100 km, ang kapaligiran ay halos homogenous sa komposisyon ng kemikal at ang average na molekular na bigat ng hangin (mga 29) ay pare-pareho sa loob nito. Malapit sa ibabaw ng Earth, ang atmospera ay binubuo ng nitrogen (mga 78.1% ayon sa volume) at oxygen (mga 20.9%), at naglalaman din ng maliit na halaga ng argon, carbon dioxide (carbon dioxide), neon, at iba pang pare-pareho at variable na bahagi (tingnan ang Hangin).
Bilang karagdagan, ang kapaligiran ay naglalaman ng maliit na halaga ng ozone, nitrogen oxides, ammonia, radon, atbp. Ang kamag-anak na nilalaman ng mga pangunahing bahagi ng hangin ay pare-pareho sa paglipas ng panahon at pare-pareho sa iba't ibang mga heograpikal na lugar. Ang nilalaman ng singaw ng tubig at ozone ay pabagu-bago sa espasyo at oras; sa kabila ng mababang nilalaman, ang kanilang papel sa mga proseso ng atmospera ay napakahalaga.
Sa itaas ng 100-110 km, ang dissociation ng oxygen, carbon dioxide at mga molekula ng singaw ng tubig ay nangyayari, kaya bumababa ang molekular na timbang ng hangin. Sa taas na humigit-kumulang 1000 km, ang mga magaan na gas - helium at hydrogen - ay nagsisimulang mangibabaw, at kahit na mas mataas, ang kapaligiran ng Earth ay unti-unting nagiging interplanetary gas.
Ang pinakamahalagang variable na bahagi ng atmospera ay ang singaw ng tubig, na pumapasok sa atmospera sa pamamagitan ng pagsingaw mula sa ibabaw ng tubig at basang lupa, gayundin sa pamamagitan ng transpiration ng mga halaman. Ang kamag-anak na nilalaman ng singaw ng tubig ay nag-iiba malapit sa ibabaw ng mundo mula 2.6% sa tropiko hanggang 0.2% sa mga polar latitude. Sa taas, mabilis itong bumagsak, bumababa ng kalahati sa taas na 1.5-2 km. Ang patayong hanay ng atmospera sa mga mapagtimpi na latitude ay naglalaman ng humigit-kumulang 1.7 cm ng "pinagpaulan na layer ng tubig". Kapag ang singaw ng tubig ay namumuo, nabubuo ang mga ulap, kung saan bumagsak ang atmospheric precipitation sa anyo ng ulan, granizo, at niyebe.
Ang isang mahalagang bahagi ng hangin sa atmospera ay ozone, 90% na puro sa stratosphere (sa pagitan ng 10 at 50 km), mga 10% nito ay nasa troposphere. Ang Ozone ay nagbibigay ng pagsipsip ng matitigas na UV radiation (na may wavelength na mas mababa sa 290 nm), at ito ang proteksiyon nito para sa biosphere. Ang mga halaga ng kabuuang nilalaman ng ozone ay nag-iiba depende sa latitude at season, mula 0.22 hanggang 0.45 cm (ang kapal ng ozone layer sa presyon ng p= 1 atm at temperatura ng T = 0°C). Sa mga butas ng ozone na naobserbahan sa tagsibol sa Antarctica mula noong unang bahagi ng 1980s, ang nilalaman ng ozone ay maaaring bumaba sa 0.07 cm. lumalaki sa matataas na latitude. Ang isang mahalagang variable na bahagi ng atmospera ay carbon dioxide, ang nilalaman nito sa atmospera ay tumaas ng 35% sa nakalipas na 200 taon, na higit sa lahat ay ipinaliwanag ng anthropogenic factor. Ang latitudinal at seasonal na pagkakaiba-iba nito ay sinusunod, na nauugnay sa photosynthesis ng halaman at solubility sa tubig dagat (ayon sa batas ni Henry, bumababa ang solubility ng gas sa tubig sa pagtaas ng temperatura).
Mahalagang tungkulin Ang atmospheric aerosol ay gumaganap ng isang papel sa pagbuo ng klima ng planeta - mga solid at likidong particle na nasuspinde sa hangin na may sukat mula sa ilang nm hanggang sampu-sampung microns. May mga aerosol ng natural at anthropogenic na pinagmulan. Ang aerosol ay nabuo sa proseso ng mga reaksyon ng gas-phase mula sa mga produkto ng buhay ng halaman at aktibidad ng ekonomiya ng tao, mga pagsabog ng bulkan, bilang resulta ng alikabok na itinaas ng hangin mula sa ibabaw ng planeta, lalo na mula sa mga rehiyon ng disyerto nito, at nabuo din mula sa cosmic dust na pumapasok sa itaas na kapaligiran. Karamihan sa aerosol ay puro sa troposphere; ang aerosol mula sa mga pagsabog ng bulkan ay bumubuo sa tinatawag na Junge layer sa taas na humigit-kumulang 20 km. Ang pinakamalaking halaga ng anthropogenic aerosol ay pumapasok sa atmospera bilang isang resulta ng pagpapatakbo ng mga sasakyan at thermal power plant, mga industriya ng kemikal, pagkasunog ng gasolina, atbp. Samakatuwid, sa ilang mga lugar ang komposisyon ng kapaligiran ay kapansin-pansing naiiba mula sa ordinaryong hangin, na nangangailangan ng paglikha ng isang espesyal na serbisyo para sa pagsubaybay at pagkontrol sa antas ng polusyon sa hangin sa atmospera.
Ebolusyon sa atmospera. Ang modernong kapaligiran ay tila pangalawang pinanggalingan: ito ay nabuo mula sa mga gas na inilabas matigas na shell Earth pagkatapos ng pagkumpleto ng pagbuo ng planeta mga 4.5 bilyong taon na ang nakalilipas. Sa panahon ng kasaysayang heolohikal Ang atmospera ng Daigdig ay sumailalim sa mga makabuluhang pagbabago sa komposisyon nito sa ilalim ng impluwensya ng isang bilang ng mga salik: pagwawaldas (volatilization) ng mga gas, pangunahin ang mas magaan, patungo sa kalawakan; pagpapalabas ng mga gas mula sa lithosphere bilang resulta ng aktibidad ng bulkan; mga reaksiyong kemikal sa pagitan ng mga bahagi ng atmospera at mga batong bumubuo sa crust ng lupa; mga reaksiyong photochemical sa atmospera mismo sa ilalim ng impluwensya ng solar UV radiation; accretion (capture) ng bagay ng interplanetary medium (halimbawa, meteoric matter). Ang pag-unlad ng atmospera ay malapit na konektado sa mga proseso ng geological at geochemical, at para sa huling 3-4 bilyong taon din sa aktibidad ng biosphere. Ang isang makabuluhang bahagi ng mga gas na bumubuo sa modernong kapaligiran (nitrogen, carbon dioxide, singaw ng tubig) ay lumitaw sa panahon ng aktibidad ng bulkan at panghihimasok, na nagdala sa kanila mula sa kailaliman ng Earth. Ang oxygen ay lumitaw sa kapansin-pansing dami mga 2 bilyong taon na ang nakalilipas bilang resulta ng aktibidad ng mga photosynthetic na organismo, na orihinal na nagmula sa mga tubig sa ibabaw karagatan.
Batay sa data sa kemikal na komposisyon ng mga deposito ng carbonate, nakuha ang mga pagtatantya ng dami ng carbon dioxide at oxygen sa kapaligiran ng nakaraan ng geological. Sa buong Phanerozoic (ang huling 570 milyong taon ng kasaysayan ng Earth), ang dami ng carbon dioxide sa atmospera ay malawak na nag-iba, alinsunod sa antas ng aktibidad ng bulkan, temperatura ng karagatan, at photosynthesis. Karamihan sa mga oras na ito, ang konsentrasyon ng carbon dioxide sa atmospera ay makabuluhang mas mataas kaysa sa kasalukuyang isa (hanggang sa 10 beses). Ang dami ng oxygen sa kapaligiran ng Phanerozoic ay nagbago nang malaki, at ang pagkahilig na madagdagan ito ay nanaig. Sa kapaligiran ng Precambrian, ang masa ng carbon dioxide ay, bilang panuntunan, mas malaki, at ang masa ng oxygen, mas mababa kaysa sa kapaligiran ng Phanerozoic. Ang mga pagbabago sa dami ng carbon dioxide ay nagkaroon ng malaking epekto sa klima sa nakaraan, na nagpapataas ng epekto ng greenhouse na may pagtaas sa konsentrasyon ng carbon dioxide, dahil sa kung saan ang klima sa pangunahing bahagi ng Phanerozoic ay mas mainit kaysa sa ang makabagong panahon.
kapaligiran at buhay. Kung walang atmospera, ang Earth ay magiging isang patay na planeta. Ang organikong buhay ay nagpapatuloy sa malapit na pakikipag-ugnayan sa kapaligiran at sa nauugnay na klima at panahon. Hindi gaanong mahalaga sa masa kumpara sa planeta sa kabuuan (mga isang milyong bahagi), ang kapaligiran ay a sine qua non para sa lahat ng anyo ng buhay. Ang oxygen, nitrogen, water vapor, carbon dioxide, at ozone ay ang pinakamahalagang atmospheric gas para sa buhay ng mga organismo. Kapag ang carbon dioxide ay nasisipsip ng mga halamang photosynthetic, nalilikha ang organikong bagay na ginagamit bilang pinagkukunan ng enerhiya ng karamihan sa mga nabubuhay na nilalang, kabilang ang mga tao. Ang oxygen ay mahalaga para sa buhay mga aerobic na organismo, kung saan ang pag-agos ng enerhiya ay ibinibigay ng mga reaksyon ng oksihenasyon ng organikong bagay. Ang nitrogen, na na-assimilated ng ilang microorganism (nitrogen fixers), ay kinakailangan para sa nutrisyon ng mineral halaman. Ang Ozone, na sumisipsip ng malupit na UV radiation ng Araw, ay makabuluhang pinapahina ang bahaging ito na nagbabanta sa buhay ng radiation ng araw. Ang paghalay ng singaw ng tubig sa atmospera, ang pagbuo ng mga ulap at ang kasunod na pag-ulan ng pag-ulan ay nagbibigay ng tubig sa lupa, kung wala ito ay walang anyo ng buhay na posible. Ang mahahalagang aktibidad ng mga organismo sa hydrosphere ay higit na tinutukoy ng dami at kemikal na komposisyon ng mga atmospheric gas na natunaw sa tubig. Dahil ang kemikal na komposisyon ng atmospera ay nakadepende nang malaki sa mga aktibidad ng mga organismo, ang biosphere at atmospera ay maaaring ituring bilang bahagi ng pinag-isang sistema, ang pagpapanatili at ebolusyon nito (tingnan ang Biogeochemical cycles) ay may malaking kahalagahan para sa pagbabago ng komposisyon ng atmospera sa buong kasaysayan ng Earth bilang isang planeta.
Radiation, thermal at mga balanse ng tubig kapaligiran. Ang solar radiation ay halos ang tanging pinagmumulan ng enerhiya para sa lahat ng pisikal na proseso sa atmospera. pangunahing tampok radiation regime ng atmospera - ang tinatawag na greenhouse effect: ang atmospera ay nagpapadala ng solar radiation sa ibabaw ng lupa nang maayos, ngunit aktibong sumisipsip ng thermal long-wave radiation ng ibabaw ng lupa, na bahagi nito ay bumalik sa ibabaw sa anyo ng counter radiation, na nagbabayad para sa radiative heat loss ng ibabaw ng mundo (tingnan ang Atmospheric radiation). Kung walang atmospera, ang average na temperatura ng ibabaw ng mundo ay magiging -18°C, sa katotohanan ito ay 15°C. Ang papasok na solar radiation ay bahagyang (mga 20%) na nasisipsip sa atmospera (pangunahin sa pamamagitan ng singaw ng tubig, mga patak ng tubig, carbon dioxide, ozone at aerosol), at nakakalat din (mga 7%) ng mga particle ng aerosol at pagbabagu-bago ng density (Rayleigh scattering) . Ang kabuuang radiation, na umaabot sa ibabaw ng mundo, ay bahagyang (mga 23%) na naaaninag mula dito. Ang reflectance ay tinutukoy ng reflectivity ng pinagbabatayan na ibabaw, ang tinatawag na albedo. Sa karaniwan, ang albedo ng Earth para sa integral solar radiation flux ay malapit sa 30%. Nag-iiba ito mula sa ilang porsyento (tuyong lupa at itim na lupa) hanggang 70-90% para sa bagong bagsak na niyebe. Ang radiative heat exchange sa pagitan ng ibabaw ng daigdig at ng atmospera ay mahalagang nakadepende sa albedo at natutukoy ng mabisang radiation ng ibabaw ng lupa at ang kontra-radiasyon ng atmospera na hinihigop nito. Ang algebraic sum ng radiation fluxes na pumapasok sa atmospera ng daigdig mula sa kalawakan at iniiwan ito pabalik ay tinatawag na radiation balance.
Ang mga pagbabagong-anyo ng solar radiation pagkatapos nitong masipsip ng atmospera at ng ibabaw ng lupa ay tumutukoy sa balanse ng init ng Earth bilang isang planeta. Ang pangunahing pinagmumulan ng init para sa atmospera ay ang ibabaw ng daigdig; Ang init mula dito ay inililipat hindi lamang sa anyo ng long-wave radiation, kundi pati na rin sa pamamagitan ng convection, at inilabas din sa panahon ng condensation ng singaw ng tubig. Ang mga bahagi ng mga pag-agos ng init na ito ay nasa average na 20%, 7% at 23%, ayon sa pagkakabanggit. Humigit-kumulang 20% ng init ay idinagdag din dito dahil sa pagsipsip ng direktang solar radiation. Ang flux ng solar radiation bawat yunit ng oras sa pamamagitan ng isang unit area na patayo sa sinag ng araw at matatagpuan sa labas ng atmospera sa isang average na distansya mula sa Earth hanggang sa Araw (ang tinatawag na solar constant), ay 1367 W / m 2, ang mga pagbabago ay 1-2 W / m 2 depende sa cycle aktibidad ng solar. Sa isang planetary albedo na humigit-kumulang 30%, ang average na oras na global influx ng solar energy sa planeta ay 239 W/m 2 . Dahil ang Earth bilang isang planeta ay naglalabas ng parehong dami ng enerhiya sa espasyo sa karaniwan, kung gayon, ayon sa batas ng Stefan-Boltzmann, epektibong temperatura papalabas na thermal long-wave radiation 255 K (-18°C). Kasabay nito, ang average na temperatura ng ibabaw ng mundo ay 15°C. Ang pagkakaiba ng 33°C ay dahil sa greenhouse effect.
Ang balanse ng tubig ng atmospera sa kabuuan ay tumutugma sa pagkakapantay-pantay ng dami ng kahalumigmigan na sumingaw mula sa ibabaw ng Earth, ang dami ng pag-ulan na bumabagsak sa ibabaw ng lupa. Ang kapaligiran sa ibabaw ng mga karagatan ay tumatanggap ng higit na kahalumigmigan mula sa mga proseso ng pagsingaw kaysa sa ibabaw ng lupa, at nawawala ang 90% sa anyo ng pag-ulan. Ang sobrang singaw ng tubig sa mga karagatan ay dinadala sa mga kontinente sa pamamagitan ng mga agos ng hangin. Ang dami ng singaw ng tubig na dinadala sa atmospera mula sa mga karagatan patungo sa mga kontinente ay katumbas ng dami ng daloy ng ilog na dumadaloy sa mga karagatan.
paggalaw ng hangin. Ang Earth ay may spherical na hugis, kaya mas kaunting solar radiation ang dumarating sa matataas na latitude nito kaysa sa tropiko. Bilang resulta, lumilitaw ang malalaking pagkakaiba sa temperatura sa pagitan ng mga latitude. Malaki rin ang epekto ng relatibong posisyon ng mga karagatan at kontinente sa distribusyon ng temperatura. Dahil sa malaking masa ng tubig sa karagatan at sa mataas na kapasidad ng init ng tubig, ang mga pana-panahong pagbabago sa temperatura ng ibabaw ng karagatan ay mas mababa kaysa sa lupa. Kaugnay nito, sa gitna at mataas na latitude, ang temperatura ng hangin sa mga karagatan ay kapansin-pansing mas mababa sa tag-araw kaysa sa mga kontinente, at mas mataas sa taglamig.
Ang hindi pantay na pag-init ng atmospera sa iba't ibang rehiyon ng globo ay nagdudulot ng distribusyon ng atmospheric pressure na hindi pare-pareho sa kalawakan. Sa antas ng dagat, ang pamamahagi ng presyon ay nailalarawan sa pamamagitan ng medyo mababang mga halaga malapit sa ekwador, isang pagtaas sa mga subtropika (sinturon mataas na presyon) at bumababa sa gitna at mataas na latitude. Kasabay nito, sa mga kontinente ng extratropical latitude, ang presyon ay karaniwang tumataas sa taglamig, at ibinababa sa tag-araw, na nauugnay sa pamamahagi ng temperatura. Sa ilalim ng pagkilos ng isang pressure gradient, ang hangin ay nakakaranas ng isang acceleration na nakadirekta mula sa mga lugar na may mataas na presyon patungo sa mga lugar na may mababang presyon, na humahantong sa paggalaw ng mga masa ng hangin. Ang mga gumagalaw na masa ng hangin ay apektado din ng pagpapalihis na puwersa ng pag-ikot ng Earth (ang puwersa ng Coriolis), ang puwersa ng friction, na bumababa sa taas, at sa kaso ng mga curvilinear trajectories, ang puwersang sentripugal. Ang malaking kahalagahan ay ang magulong paghahalo ng hangin (tingnan ang Turbulence sa atmospera).
Nauugnay sa pamamahagi ng presyon ng planeta isang komplikadong sistema mga agos ng hangin (pangkalahatang sirkulasyon ng atmospera). Sa meridional plane, sa karaniwan, dalawa o tatlong meridional circulation cells ang sinusubaybayan. Malapit sa ekwador, tumataas at bumabagsak ang pinainit na hangin sa subtropiko, na bumubuo ng Hadley cell. Bumaba din doon ang hangin ng reverse Ferrell cell. Sa matataas na latitude, ang direktang polar cell ay madalas na sinusubaybayan. Ang mga bilis ng sirkulasyon ng meridional ay nasa pagkakasunud-sunod ng 1 m/s o mas mababa. Dahil sa pagkilos ng puwersa ng Coriolis, ang hanging pakanluran ay napapansin sa karamihan ng atmospera na may bilis sa gitnang troposphere na humigit-kumulang 15 m/s. Mayroong medyo napapanatiling mga sistema hangin. Kabilang dito ang trade winds - hangin na umiihip mula sa mga high pressure belt sa subtropika hanggang sa ekwador na may kapansin-pansing bahaging silangan (mula silangan hanggang kanluran). Ang mga monsoon ay medyo matatag - ang mga agos ng hangin na may malinaw na binibigkas na pana-panahong karakter: sila ay humihip mula sa karagatan hanggang sa mainland sa tag-araw at sa kabaligtaran ng direksyon sa taglamig. Ang mga monsoon ng Indian Ocean ay partikular na regular. Sa gitnang latitud, ang paggalaw ng masa ng hangin ay higit sa lahat sa kanluran (mula kanluran hanggang silangan). Ito ay isang zone ng atmospheric fronts, kung saan lumitaw ang malalaking eddies - cyclones at anticyclones, na sumasaklaw sa maraming daan-daan at kahit libu-libong kilometro. Nagaganap din ang mga bagyo sa tropiko; dito sila ay naiiba sa mas maliliit na sukat, ngunit napakataas na bilis ng hangin, na umaabot sa lakas ng bagyo (33 m/s o higit pa), ang tinatawag na mga tropikal na bagyo. Sa Atlantiko at sa silangan Karagatang Pasipiko sila ay tinatawag na mga bagyo, at sa kanlurang Pasipiko, mga bagyo. Sa itaas na troposphere at lower stratosphere, sa mga lugar na naghihiwalay sa direktang cell ng meridional na sirkulasyon ng Hadley at ang reverse Ferrell cell, medyo makitid, daan-daang kilometro ang lapad, ang mga jet stream na may malinaw na tinukoy na mga hangganan ay madalas na sinusunod, kung saan ang hangin ay umabot sa 100 -150 at kahit 200 m/ Sa.
Klima at panahon. Ang pagkakaiba sa dami ng solar radiation na dumarating sa iba't ibang latitude sa ibabaw ng mundo, na iba-iba sa mga pisikal na katangian, ay tumutukoy sa pagkakaiba-iba ng mga klima ng Earth. Mula sa ekwador hanggang sa mga tropikal na latitud, ang temperatura ng hangin malapit sa ibabaw ng daigdig ay may average na 25-30 ° C at kaunti ang nagbabago sa buong taon. Sa equatorial zone, kadalasang bumabagsak ang maraming pag-ulan, na lumilikha ng mga kondisyon para sa labis na kahalumigmigan doon. Sa mga tropikal na zone, ang dami ng pag-ulan ay bumababa at sa ilang mga lugar ay nagiging napakaliit. Narito ang malalawak na disyerto ng Earth.
Sa subtropiko at gitnang latitude, ang temperatura ng hangin ay nag-iiba nang malaki sa buong taon, at ang pagkakaiba sa pagitan ng tag-init at taglamig ay lalong malaki sa mga lugar ng mga kontinente na malayo sa mga karagatan. Kaya, sa ilang mga lugar ng Eastern Siberia, ang taunang amplitude ng temperatura ng hangin ay umabot sa 65°C. Ang mga kondisyon ng humidification sa mga latitude na ito ay napaka-magkakaibang, pangunahing nakasalalay sa rehimen ng pangkalahatang sirkulasyon ng atmospera, at malaki ang pagkakaiba-iba sa bawat taon.
Sa mga polar latitude, ang temperatura ay nananatiling mababa sa buong taon, kahit na may kapansin-pansing pagkakaiba-iba ng pana-panahon. Nag-aambag ito sa malawakang pamamahagi ng takip ng yelo sa mga karagatan at lupa, at permafrost, na sumasakop sa mahigit 65% ng lugar ng Russia, pangunahin sa Siberia.
Sa nakalipas na mga dekada, ang mga pagbabago sa pandaigdigang klima ay naging higit at higit na kapansin-pansin. Mas tumataas ang temperatura sa matataas na latitude kaysa sa mababang latitude; higit pa sa taglamig kaysa sa tag-araw; higit pa sa gabi kaysa sa araw. Sa paglipas ng ika-20 siglo, ang average na taunang temperatura ng hangin na malapit sa ibabaw ng lupa sa Russia ay tumaas ng 1.5-2 ° C, at sa ilang mga rehiyon ng Siberia, ang pagtaas ng ilang degree ay sinusunod. Ito ay nauugnay sa isang pagtaas sa greenhouse effect dahil sa isang pagtaas sa konsentrasyon ng mga maliliit na gas na dumi.
Ang panahon ay tinutukoy ng mga kondisyon ng sirkulasyon ng atmospera at heograpikal na lokasyon lupain, ito ay pinaka-matatag sa tropiko at pinaka-variable sa gitna at mataas na latitude. Higit sa lahat, nagbabago ang panahon sa mga zone ng pagbabago ng masa ng hangin, dahil sa pagdaan ng mga atmospheric fronts, cyclones at anticyclones, nagdadala ng pag-ulan at pagtaas ng hangin. Ang data para sa pagtataya ng lagay ng panahon ay kinokolekta mula sa mga istasyon ng panahon na nakabatay sa lupa, mga barko at sasakyang panghimpapawid, at mga meteorolohiko na satellite. Tingnan din ang meteorolohiya.
Optical, acoustic at electrical phenomena sa kapaligiran. Kapag ang electromagnetic radiation ay kumakalat sa atmospera, bilang isang resulta ng repraksyon, pagsipsip at pagkakalat ng liwanag sa pamamagitan ng hangin at iba't ibang mga particle (aerosol, mga kristal ng yelo, mga patak ng tubig), iba't ibang mga optical phenomena ang lumitaw: bahaghari, mga korona, halo, mirage, atbp. ang scattering ay tumutukoy sa maliwanag na taas ng kalangitan at asul na kulay ng kalangitan. Ang hanay ng kakayahang makita ng mga bagay ay tinutukoy ng mga kondisyon ng pagpapalaganap ng liwanag sa atmospera (tingnan ang Atmospheric visibility). Tinutukoy ng transparency ng atmospera sa iba't ibang wavelength ang hanay ng komunikasyon at ang posibilidad ng pag-detect ng mga bagay na may mga instrumento, kabilang ang posibilidad ng mga astronomical na obserbasyon mula sa ibabaw ng Earth. Para sa mga pag-aaral ng optical inhomogeneities sa stratosphere at mesosphere, ang twilight phenomenon ay may mahalagang papel. Halimbawa, ang pagkuha ng takip-silim mula sa spacecraft ay ginagawang posible upang makita ang mga layer ng aerosol. Ang mga tampok ng pagpapalaganap ng electromagnetic radiation sa kapaligiran ay tumutukoy sa katumpakan ng mga pamamaraan para sa remote sensing ng mga parameter nito. Ang lahat ng mga tanong na ito, tulad ng marami pang iba, ay pinag-aralan ng atmospheric optics. Tinutukoy ng repraksyon at pagkalat ng mga radio wave ang mga posibilidad ng pagtanggap ng radyo (tingnan ang Propagation of radio waves).
Ang pagpapalaganap ng tunog sa atmospera ay nakasalalay sa spatial na pamamahagi ng temperatura at bilis ng hangin (tingnan ang Atmospheric acoustics). Ito ay kawili-wili para sa remote sensing ng kapaligiran. Ang mga pagsabog ng mga singil na inilunsad ng mga rocket sa itaas na kapaligiran ay nagbigay ng maraming impormasyon tungkol sa mga sistema ng hangin at ang kurso ng temperatura sa stratosphere at mesosphere. Sa isang stably stratified atmosphere, kapag ang temperatura ay bumagsak na may taas na mas mabagal kaysa sa adiabatic gradient (9.8 K/km), ang tinatawag na internal waves ay bumangon. Ang mga alon na ito ay maaaring magpalaganap paitaas sa stratosphere at maging sa mesosphere, kung saan sila ay humihina, na nag-aambag sa pagtaas ng hangin at kaguluhan.
Ang negatibong singil ng Earth at ang electric field na dulot nito, ang atmospera, kasama ang electrically charged na ionosphere at magnetosphere, ay lumikha ng isang global electrical circuit. Isang mahalagang papel ang ginagampanan ng pagbuo ng mga ulap at kidlat na kuryente. Ang panganib ng mga paglabas ng kidlat ay nangangailangan ng pagbuo ng mga pamamaraan para sa proteksyon ng kidlat ng mga gusali, istruktura, linya ng kuryente at komunikasyon. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay partikular na panganib sa aviation. Ang mga discharge ng kidlat ay nagdudulot ng interference ng atmospheric radio, na tinatawag na atmospherics (tingnan ang Whistling atmospherics). Sa panahon ng isang matalim na pagtaas sa pag-igting electric field luminous discharges na lumilitaw sa mga tip at matutulis na sulok mga bagay na nakausli sa ibabaw ng lupa, sa mga indibidwal na taluktok sa mga bundok, atbp. (Elma lights). Ang kapaligiran ay palaging naglalaman ng isang bilang ng mga magaan at mabibigat na ion, na lubhang nag-iiba depende sa mga partikular na kondisyon, na tumutukoy sa electrical conductivity ng atmospera. Ang pangunahing air ionizer na malapit sa ibabaw ng lupa - radiation ng mga radioactive substance na nakapaloob sa crust ng lupa at sa kapaligiran, pati na rin ang mga cosmic ray. Tingnan din ang kuryente sa atmospera.
Impluwensiya ng tao sa kapaligiran. Sa nakalipas na mga siglo, nagkaroon ng pagtaas sa konsentrasyon ng mga greenhouse gas sa atmospera dahil sa mga aktibidad ng tao. Ang porsyento ng carbon dioxide ay tumaas mula 2.8-10 2 dalawang daang taon na ang nakalilipas hanggang 3.8-10 2 noong 2005, ang nilalaman ng methane - mula 0.7-10 1 mga 300-400 taon na ang nakakaraan hanggang 1.8-10 -4 sa simula ng ika-21 siglo; humigit-kumulang 20% ng pagtaas sa epekto ng greenhouse sa nakalipas na siglo ay ibinigay ng mga freon, na halos hindi umiiral sa atmospera hanggang sa kalagitnaan ng ika-20 siglo. Ang mga sangkap na ito ay kinikilala bilang stratospheric ozone depleters at ang kanilang produksyon ay ipinagbabawal sa ilalim ng 1987 Montreal Protocol. Ang pagtaas ng konsentrasyon ng carbon dioxide sa atmospera ay sanhi ng pagsunog ng patuloy na pagtaas ng dami ng karbon, langis, gas at iba pang carbon fuel, gayundin ang deforestation, na nagpapababa sa pagsipsip ng carbon dioxide sa pamamagitan ng photosynthesis. Ang konsentrasyon ng methane ay tumataas sa paglaki ng produksyon ng langis at gas (dahil sa mga pagkalugi nito), gayundin sa paglawak ng mga pananim na palay at pagtaas ng bilang ng mga baka. Ang lahat ng ito ay nag-aambag sa pag-init ng klima.
Upang baguhin ang panahon, ang mga paraan ng aktibong impluwensya sa mga proseso ng atmospera ay binuo. Ginagamit ang mga ito upang protektahan ang mga halamang pang-agrikultura mula sa pinsala ng granizo sa pamamagitan ng pagpapakalat ng mga espesyal na reagents sa mga thundercloud. Mayroon ding mga pamamaraan para sa pag-alis ng fog sa mga paliparan, pagprotekta sa mga halaman mula sa hamog na nagyelo, pag-impluwensya sa mga ulap upang palakihin ang pag-ulan sa mga tamang lugar, o upang ikalat ang mga ulap sa mga pampublikong kaganapan.
Pag-aaral ng kapaligiran. Impormasyon tungkol sa mga pisikal na proseso sa atmospera ay nakuha pangunahin mula sa mga obserbasyon ng meteorolohiko, na isinasagawa ng isang pandaigdigang network ng mga permanenteng istasyon ng meteorolohiko at mga post na matatagpuan sa lahat ng mga kontinente at sa maraming mga isla. Ang mga pang-araw-araw na obserbasyon ay nagbibigay ng impormasyon tungkol sa temperatura at halumigmig ng hangin, atmospheric pressure at precipitation, cloudiness, wind, atbp. Ang mga obserbasyon ng solar radiation at mga pagbabago nito ay isinasagawa sa mga actinometric stations. Ang malaking kahalagahan para sa pag-aaral ng kapaligiran ay ang mga network ng mga istasyon ng aerological, kung saan ang mga pagsukat ng meteorolohiko ay ginawa sa tulong ng mga radiosonde hanggang sa taas na 30-35 km. Sinusubaybayan ng ilang mga istasyon ang atmospheric ozone, electrical phenomena sa atmospera, ang kemikal na komposisyon ng hangin.
Ang data mula sa mga istasyon sa lupa ay dinadagdagan ng mga obserbasyon sa mga karagatan, kung saan ang "mga barko ng panahon" ay tumatakbo, na permanenteng matatagpuan sa ilang mga lugar ng World Ocean, pati na rin ang meteorolohiko na impormasyon na natanggap mula sa pananaliksik at iba pang mga barko.
Sa nakalipas na mga dekada, dumaraming impormasyon tungkol sa atmospera ang nakuha sa tulong ng mga meteorological satellite, kung saan inilalagay ang mga instrumento para sa pagkuha ng litrato sa mga ulap at pagsukat ng mga flux ng ultraviolet, infrared, at microwave radiation mula sa Araw. Ginagawang posible ng mga satellite na makakuha ng impormasyon tungkol sa mga profile ng vertical na temperatura, cloudiness at nilalaman ng tubig nito, mga elemento ng balanse ng atmospheric radiation, temperatura sa ibabaw ng karagatan, atbp. Gamit ang mga sukat ng repraksyon ng mga signal ng radyo mula sa isang sistema ng navigation satellite, posible na matukoy ang mga vertical na profile ng density, presyon at temperatura, pati na rin ang moisture content sa atmospera . Sa tulong ng mga satellite, naging posible na linawin ang halaga ng solar constant at planetary albedo ng Earth, bumuo ng mga mapa ng balanse ng radiation ng Earth-atmosphere system, sukatin ang nilalaman at pagkakaiba-iba ng maliliit na impurities sa atmospera, at lutasin ang marami. iba pang mga problema ng atmospheric physics at pagsubaybay sa kapaligiran.
Lit.: Budyko M. I. Klima sa nakaraan at hinaharap. L., 1980; Matveev L. T. Kurso ng pangkalahatang meteorolohiya. Pisika ng kapaligiran. 2nd ed. L., 1984; Budyko M. I., Ronov A. B., Yanshin A. L. Kasaysayan ng kapaligiran. L., 1985; Khrgian A.Kh. Atmospheric Physics. M., 1986; Atmosphere: Isang Handbook. L., 1991; Khromov S. P., Petrosyants M. A. Meteorology at climatology. ika-5 ed. M., 2001.
G. S. Golitsyn, N. A. Zaitseva.
Encyclopedic YouTube
1 / 5
✪ Earth spaceship (Episode 14) - Atmosphere
✪ Bakit hindi hinila ang atmospera sa vacuum ng kalawakan?
✪ Pagpasok sa kapaligiran ng Earth ng spacecraft na "Soyuz TMA-8"
✪ Estruktura ng atmospera, kahulugan, pag-aaral
✪ O. S. Ugolnikov " itaas na kapaligiran. Pagpupulong ng Earth at Space"
Mga subtitle
Hangganan ng atmospera
Ang atmospera ay itinuturing na lugar sa paligid ng Earth kung saan umiikot ang gaseous medium kasama ng Earth sa kabuuan. Ang atmospera ay dumadaan sa interplanetary space nang unti-unti, sa exosphere, simula sa taas na 500-1000 km mula sa ibabaw ng Earth.
Ayon sa kahulugan na iminungkahi ng International Aviation Federation, ang hangganan sa pagitan ng atmospera at espasyo ay iginuhit sa linya ng Karmana, na matatagpuan sa isang altitude na halos 100 km, sa itaas kung saan ang mga flight ng hangin ay naging ganap na imposible. Ginagamit ng NASA ang 122 kilometro (400,000 piye) na marka bilang hangganan ng atmospera, kung saan lumipat ang mga shuttle mula sa propulsion maneuvering patungo sa aerodynamic na maniobra.
Mga Katangiang Pisikal
Bilang karagdagan sa mga gas na ipinahiwatig sa talahanayan, ang kapaligiran ay naglalaman ng Cl 2, SO 2, NH 3, CO, O 3, NO 2, hydrocarbons, HCl,, HBr, vapors, I 2, Br 2, pati na rin ang marami pang iba. mga gas sa maliit na dami. Sa troposphere mayroong patuloy na isang malaking halaga ng mga nasuspinde na solid at likido na mga particle (aerosol). Ang pinakabihirang gas sa Ang kapaligiran ng daigdig ay radon (Rn).
Ang istraktura ng kapaligiran
boundary layer ng atmospera
Ang mas mababang layer ng troposphere (1-2 km ang kapal), kung saan ang estado at mga katangian ng ibabaw ng Earth ay direktang nakakaapekto sa dynamics ng atmospera.
Troposphere
Ang pinakamataas na limitasyon nito ay nasa taas na 8-10 km sa polar, 10-12 km sa temperate at 16-18 km sa tropikal na latitude; mas mababa sa taglamig kaysa sa tag-araw. Ang mas mababang, pangunahing layer ng atmospera ay naglalaman ng higit sa 80% ng kabuuang masa ng hangin sa atmospera at humigit-kumulang 90% ng lahat ng singaw ng tubig na nasa atmospera. Ang turbulence at convection ay malakas na nabuo sa troposphere, lumilitaw ang mga ulap, nabubuo ang mga bagyo at anticyclone. Bumababa ang temperatura sa altitude na may average na vertical gradient na 0.65°/100 m
tropopause
Ang transitional layer mula sa troposphere hanggang sa stratosphere, ang layer ng atmospera kung saan humihinto ang pagbaba ng temperatura na may taas.
Stratosphere
Ang layer ng atmospera na matatagpuan sa taas na 11 hanggang 50 km. Ang isang bahagyang pagbabago sa temperatura sa 11-25 km layer (lower layer ng stratosphere) at ang pagtaas nito sa 25-40 km layer mula −56.5 hanggang 0.8 ° (itaas na stratosphere o inversion region) ay tipikal. Ang pagkakaroon ng naabot na halaga ng humigit-kumulang 273 K (halos 0 °C) sa taas na humigit-kumulang 40 km, ang temperatura ay nananatiling pare-pareho hanggang sa isang altitude na humigit-kumulang 55 km. Ang rehiyong ito na may pare-parehong temperatura ay tinatawag na stratopause at ang hangganan sa pagitan ng stratosphere at mesosphere.
Stratopause
Ang boundary layer ng atmospera sa pagitan ng stratosphere at mesosphere. Mayroong maximum sa vertical na pamamahagi ng temperatura (mga 0 °C).
Mesosphere
Thermosphere
Ang itaas na limitasyon ay tungkol sa 800 km. Ang temperatura ay tumataas sa mga altitude ng 200-300 km, kung saan umabot ito sa mga halaga ng pagkakasunud-sunod ng 1500 K, pagkatapos nito ay nananatiling halos pare-pareho hanggang sa mataas na altitude. Sa ilalim ng pagkilos ng solar radiation at cosmic radiation, ang hangin ay ionized ("polar lights") - ang mga pangunahing rehiyon ng ionosphere ay nasa loob ng thermosphere. Sa mga altitude na higit sa 300 km, nangingibabaw ang atomic oxygen. Ang itaas na limitasyon ng thermosphere ay higit na tinutukoy ng kasalukuyang aktibidad ng Araw. Sa mga panahon ng mababang aktibidad - halimbawa, noong 2008-2009 - mayroong isang kapansin-pansing pagbaba sa laki ng layer na ito.
Thermopause
Ang rehiyon ng atmospera sa itaas ng thermosphere. Sa rehiyong ito, ang pagsipsip ng solar radiation ay hindi gaanong mahalaga at ang temperatura ay hindi talaga nagbabago sa taas.
Exosphere (sphere of scattering)
Hanggang sa taas na 100 km, ang kapaligiran ay isang homogenous, well-mixed mixture ng mga gas. Sa mas mataas na mga layer, ang pamamahagi ng mga gas sa taas ay nakasalalay sa kanilang mga molekular na masa, ang konsentrasyon ng mas mabibigat na gas ay bumababa nang mas mabilis sa distansya mula sa ibabaw ng Earth. Dahil sa pagbaba ng densidad ng gas, bumababa ang temperatura mula 0 °C sa stratosphere hanggang −110 °C sa mesosphere. Gayunpaman, ang kinetic energy ng mga indibidwal na particle sa taas na 200-250 km ay tumutugma sa temperatura na ~150 °C. Sa itaas ng 200 km, ang mga makabuluhang pagbabagu-bago sa temperatura at gas density ay sinusunod sa oras at espasyo.
Sa taas na humigit-kumulang 2000-3500 km, ang exosphere ay unti-unting pumapasok sa tinatawag na malapit sa space vacuum, na puno ng mga bihirang particle ng interplanetary gas, pangunahin ang hydrogen atoms. Ngunit ang gas na ito ay bahagi lamang ng interplanetary matter. Ang kabilang bahagi ay binubuo ng mga particle na tulad ng alikabok ng cometary at meteoric na pinagmulan. Bilang karagdagan sa napakabihirang mga particle na tulad ng alikabok, ang electromagnetic at corpuscular radiation ng solar at galactic na pinagmulan ay tumagos sa espasyong ito.
Pagsusuri
Ang troposphere ay bumubuo ng halos 80% ng masa ng atmospera, ang stratosphere ay humigit-kumulang 20%; ang masa ng mesosphere ay hindi hihigit sa 0.3%, ang thermosphere ay mas mababa sa 0.05% ng kabuuang masa ng atmospera.
Batay sa mga electrical properties sa atmospera, naglalabas sila ang neutrosphere At ionosphere .
Depende sa komposisyon ng gas sa atmospera, naglalabas sila homosphere At heterosphere. heterosphere- ito ay isang lugar kung saan ang gravity ay may epekto sa paghihiwalay ng mga gas, dahil ang kanilang paghahalo sa ganoong taas ay bale-wala. Kaya't sinusunod ang variable na komposisyon ng heterosphere. Nasa ibaba nito ang isang halo-halong, homogenous na bahagi ng atmospera, na tinatawag na homosphere. Ang hangganan sa pagitan ng mga layer na ito ay tinatawag na turbopause, ito ay nasa taas na halos 120 km.
Iba pang mga katangian ng atmospera at mga epekto sa katawan ng tao
Nasa isang altitude na 5 km sa ibabaw ng antas ng dagat, ang isang hindi sanay na tao ay nagkakaroon ng gutom sa oxygen, at nang walang pagbagay, ang pagganap ng isang tao ay makabuluhang nabawasan. Dito nagtatapos ang physiological zone ng atmospera. Ang paghinga ng tao ay nagiging imposible sa taas na 9 km, bagaman hanggang sa humigit-kumulang 115 km ang atmospera ay naglalaman ng oxygen.
Ang kapaligiran ay nagbibigay sa atin ng oxygen na kailangan natin para huminga. Gayunpaman, dahil sa pagbaba ng kabuuang presyon ng atmospera habang tumataas ka sa taas, bumababa rin ang bahagyang presyon ng oxygen nang naaayon.
Sa mga rarefied layer ng hangin, imposible ang pagpapalaganap ng tunog. Hanggang sa mga taas na 60-90 km, posible pa ring gumamit ng air resistance at lift para sa kinokontrol na aerodynamic flight. Ngunit simula sa mga taas na 100-130 km, ang mga konsepto ng M number at ang sound barrier, na pamilyar sa bawat piloto, ay nawawalan ng kahulugan: mayroong isang kondisyon na linya ng Karman, na lampas kung saan nagsisimula ang lugar ng purong ballistic na paglipad. , na makokontrol lamang gamit ang mga reaktibong pwersa.
Sa mga taas na higit sa 100 km, ang kapaligiran ay pinagkaitan din ng isa pang kahanga-hangang pag-aari - ang kakayahang sumipsip, magsagawa at maglipat ng thermal energy sa pamamagitan ng convection (iyon ay, sa pamamagitan ng paghahalo ng hangin). Nangangahulugan ito na ang iba't ibang mga elemento ng kagamitan, kagamitan ng istasyon ng orbital na espasyo ay hindi magagawang palamig mula sa labas sa paraang karaniwang ginagawa sa isang eroplano - sa tulong ng mga air jet at air radiator. Sa ganoong taas, tulad ng sa espasyo sa pangkalahatan, ang tanging paraan upang ilipat ang init ay thermal radiation.
Kasaysayan ng pagbuo ng atmospera
Ayon sa pinakakaraniwang teorya, ang kapaligiran ng Earth sa panahon ng kasaysayan ng huli ay lumipat sa tatlong magkaiba mga pormulasyon. Sa una, ito ay binubuo ng mga magaan na gas (hydrogen at helium) na nakuha mula sa interplanetary space. Ito ang tinatawag na pangunahing kapaligiran. Sa susunod na yugto, ang aktibong aktibidad ng bulkan ay humantong sa saturation ng atmospera na may mga gas maliban sa hydrogen (carbon dioxide, ammonia, water vapor). Ganito po pangalawang kapaligiran. Ang kapaligirang ito ay nakapagpapanumbalik. Dagdag pa, ang proseso ng pagbuo ng atmospera ay tinutukoy ng mga sumusunod na kadahilanan:
- pagtagas ng mga magaan na gas (hydrogen at helium) sa interplanetary space;
- mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa atmospera sa ilalim ng impluwensya ng ultraviolet radiation, mga paglabas ng kidlat at ilang iba pang mga kadahilanan.
Unti-unti, ang mga salik na ito ay humantong sa pagbuo tersiyaryong kapaligiran, na nailalarawan sa pamamagitan ng isang mas mababang nilalaman ng hydrogen at isang mas mataas na nilalaman ng nitrogen at carbon dioxide (nabuo bilang isang resulta ng mga kemikal na reaksyon mula sa ammonia at hydrocarbons).
Nitrogen
Ang pagbuo ng isang malaking halaga ng nitrogen N 2 ay dahil sa oksihenasyon ng ammonia-hydrogen na kapaligiran ng molekular na oxygen O 2, na nagsimulang magmula sa ibabaw ng planeta bilang isang resulta ng photosynthesis, simula sa 3 bilyong taon na ang nakalilipas. Nitrogen N 2 ay inilabas din sa atmospera bilang isang resulta ng denitrification ng nitrates at iba pang nitrogen-containing compounds. Ang nitrogen ay na-oxidized ng ozone sa NO sa itaas na kapaligiran.
Ang Nitrogen N 2 ay pumapasok sa mga reaksyon lamang sa ilalim ng mga partikular na kondisyon (halimbawa, sa panahon ng paglabas ng kidlat). Ang oksihenasyon ng molecular nitrogen sa pamamagitan ng ozone sa panahon ng mga electrical discharge ay ginagamit sa maliliit na dami sa pang-industriya na produksyon ng mga nitrogen fertilizers. Maaari itong ma-oxidize na may mababang pagkonsumo ng enerhiya at ma-convert sa isang biologically active form ng cyanobacteria (blue-green algae) at nodule bacteria na bumubuo ng rhizobial symbiosis na may leguminous na mga halaman, na maaaring maging epektibong berdeng pataba na halaman na hindi nauubos, ngunit nagpapayaman sa lupa na may mga natural na pataba.
Oxygen
Ang komposisyon ng atmospera ay nagsimulang magbago nang radikal sa pagdating ng mga nabubuhay na organismo sa Earth, bilang isang resulta ng photosynthesis, na sinamahan ng pagpapalabas ng oxygen at ang pagsipsip ng carbon dioxide. Sa una, ang oxygen ay ginugol sa oksihenasyon ng mga pinababang compound - ammonia, hydrocarbons, ang ferrous na anyo ng bakal na nakapaloob sa mga karagatan, atbp. Sa pagtatapos ng yugtong ito, ang nilalaman ng oxygen sa atmospera ay nagsimulang lumaki. Unti-unti, nabuo ang isang modernong kapaligiran na may mga katangian ng oxidizing. Dahil nagdulot ito ng seryoso at biglaang pagbabago sa maraming prosesong nagaganap sa atmospera, lithosphere at biosphere, tinawag itong Oxygen Catastrophe.
mga noble gas
Polusyon sa hangin
Kamakailan lamang, ang tao ay nagsimulang maimpluwensyahan ang ebolusyon ng atmospera. resulta aktibidad ng tao nagkaroon ng patuloy na pagtaas sa nilalaman ng carbon dioxide sa atmospera dahil sa pagkasunog ng mga hydrocarbon fuel na naipon sa mga nakaraang geological epoch. Malaking halaga ng CO 2 ang natupok sa panahon ng photosynthesis at nasisipsip ng mga karagatan sa mundo. Ang gas na ito ay pumapasok sa atmospera dahil sa pagkabulok ng mga carbonate na bato at mga organikong sangkap ng pinagmulan ng halaman at hayop, gayundin dahil sa bulkanismo at mga aktibidad sa paggawa ng tao. Sa nakalipas na 100 taon, ang nilalaman ng CO 2 sa atmospera ay tumaas ng 10%, na ang pangunahing bahagi (360 bilyong tonelada) ay nagmumula sa pagkasunog ng gasolina. Kung magpapatuloy ang rate ng paglago ng pagkasunog ng gasolina, sa susunod na 200-300 taon ang halaga ng CO 2 sa atmospera ay doble at maaaring humantong sa mga pagbabago sa klima sa buong mundo.
Ang pagkasunog ng gasolina ay ang pangunahing pinagmumulan ng mga polluting gas (СО,, SO 2). Ang sulfur dioxide ay na-oxidize ng atmospheric oxygen sa SO 3, at nitric oxide sa NO 2 sa itaas na atmospera, na siya namang nakikipag-ugnayan sa water vapor, at ang nagreresultang sulfuric acid H 2 SO 4 at nitric acid HNO 3 ay nahuhulog sa ibabaw ng Earth sa ang tinatawag na anyo. acid rain. Paggamit