Atmosfera (din greacă, αατμός - abur și σφαϊρα - mingea) - cochiliul de gaze din jurul planetei Pământ. una dintre geosfere. Suprafața sa interioară acoperă hidrosfera și, în parte, crusta pământului, granița exterioară se învecinează cu partea pământului apropiat al spațiului cosmic.
Totalitatea secțiunilor fizicii și chimiei care studiază atmosfera este numită în mod obișnuit fizica atmosferică. Atmosfera determină vremea pe suprafața Pământului, meteorologia studiază vremea. și variațiile climatice pe termen lung - climatologie.
Atmosfera este considerată a fi acea zonă din jurul Pământului în care mediul gazos se rotește împreună cu Pământul ca o singură entitate [1]. Atmosfera trece treptat în spațiul interplanetar, în exosphere. începând la o altitudine de 500-1000 km de suprafața Pământului [2].
Prin definiție, propusă de Federația Internațională a Aviației. granița atmosferei și a cosmosului este trasă de-a lungul liniei lui Karman. situat la o altitudine de aproximativ 100 km, peste care zborurile de aviație devin complet imposibile. NASA utilizează o marcă de 122 de kilometri ca limită a atmosferei, unde transferurile sunt transferate de la manevre prin propulsie la manevre aerodinamice [3].
Masa totală a aerului din atmosferă este (5.1-5.3) · 10 18 kg. Dintre acestea, masa aerului uscat este (5,1352 ± 0,0003) · 10 18 kg, masa totală a vaporilor de apă pe medie este egală cu 1,27 · 10 16 kg.
masa molara de aer uscat curat este 28.966 g / mol și densitatea aerului la suprafața mării este aproximativ egală cu 1,2 kg / m 3 Presiunea la 0 ° C la nivelul mării este de 101,325 kPa; temperatura critică este -140,7 ° C (
132,4 K); presiunea critică este de 3,7 MPa; Cp la 0 ° C - 1,0048 · 10 martie J / (kg · K), Cv - 0,7159 · 10 martie J / (kg · K) (la 0 ° C). Solubilitatea în aer în apă (în greutate) la 0 ° C este 0,0036%, la 25 ° C este 0,0023%.
Pentru "condițiile normale" de la suprafața Pământului adoptate: densitate de 1,2 kg / m 3. presiune barometrică 101,35 kPa, temperatură +20 ° C și umiditate relativă 50%. Acești indicatori condiționali au o semnificație pur tehnică.
Atmosfera Pământului este rezultatul a două procese: corpuri de spațiu materialul de evaporare deoarece acestea se încadrează la pământ și evoluția gazelor în timpul erupțiilor vulcanice (manta de degazare a pământului). Odată cu apariția oceanelor și evoluția biosferă a atmosferei variază datorită schimbului de gaze cu apă, plante, animale și produsele de descompunere a acestora în soluri și mlaștini.
Compoziția aerului uscat
În prezent, atmosfera Pământului constă în principal din gaze și impurități diferite (praf, picături de apă, cristale de gheață, săruri de mare, produse de ardere).
Concentrația gazelor care constituie atmosfera este practic constantă, cu excepția apei (H2O) și a dioxidului de carbon (CO2).
În plus față de gazele indicate în tabel, Cl2, SO2 sunt conținute în atmosferă. NH3. CO. O3. NO2, hidrocarburi. HCI. HF. HBr. HI. pereche Hg. I2. Br2. precum și NO și multe alte gaze în cantități mici. În troposferă există constant un număr mare de solide în suspensie și particule lichide (aerosoli). Cel mai rar gaz din atmosfera Pământului este radonul (Rn).
Stratul limită al atmosferei
Stratul inferior al troposferei (cu grosimea de 1-2 km), în care starea și proprietățile suprafeței Pământului afectează în mod direct dinamica atmosferei.
troposferă
Limita superioară este la o altitudine de 8-10 km în polar, 10-12 km în temperat și 16-18 km în latitudini tropicale; iarna este mai mică decât în timpul verii.
Stratul inferior al atmosferei conține mai mult de 80% din masa totală a aerului atmosferic și aproximativ 90% din totalul vaporilor de apă prezenți în atmosferă. Turbulența și convecția sunt foarte dezvoltate în troposferă. există nori. se dezvoltă ciclonii și anticicloanele. Temperatura scade cu altitudine în creștere, cu un gradient vertical mediu de 0,65% / 100 de metri.
tropopauzei
Stratul de tranziție de la troposferă la stratosfera, stratul atmosferic, în care temperatura scade cu altitudinea.
stratosferă
Stratul atmosferic, situat la o altitudine de 11 până la 50 km. Caracteristic ușoară schimbare a temperaturii în stratul de 11-25 km (stratul inferior al stratosferei) și ridicarea într-un strat de 25-40 km de -56.5 la +0,8 ° C (stratul superior al stratosferei sau regiunea inversiune). Având o altitudine de aproximativ 40 km, cu o valoare de aproximativ 273 K (aproape 0 ° C), temperatura rămâne constantă la o înălțime de aproximativ 55 km. Această regiune de temperatură constantă este numită stratopauză și este granița dintre stratosferă și mezosferă.
stratopause
Stratul limită al atmosferei dintre stratosferă și mezosferă. În distribuția verticală a temperaturii are loc un maxim (aproximativ 0 ° C).
Mesosfera începe la o altitudine de 50 km și se extinde la 80-90 km. Temperatura cu altitudinea scade cu un gradient vertical mediu (0,25-0,3) ° / 100 m. Principalul proces energetic este schimbul de căldură radiant. Procese fotochimice complexe care implică radicali liberi. vibratoare molecule excitate și așa mai departe. provoca strălucirea atmosferei.
Tranziție între mezosferă și termosferă. În distribuția verticală a temperaturii are loc un minim (aproximativ -90 ° C).
Linia Karman
Înălțimea deasupra nivelului mării, care este condițional acceptată ca o limită între atmosfera Pământului și cosmos. În conformitate cu definiția FAI. Linia Karman este situată la o altitudine de 100 km deasupra nivelului mării.
termosfera
thermopause
Zona de atmosferă adiacentă la partea superioară a termosferei. În această regiune, absorbția radiației solare este nesemnificativă, iar temperatura nu se schimbă de fapt cu altitudinea.
Exosphere (sfera de dispersie)
Straturile atmosferice până la o înălțime de 120 km
Exosfera este zona de împrăștiere, partea exterioară a termosferei, situată între 500-1000 km (în funcție de activitatea solară) [2]. Gazul din exosphere este foarte rarefiat, iar de aici particulele sale scurg în spațiul interplanetar (disipare).
Până la o înălțime de 100 km, atmosfera este un amestec omogen și bine amestecat de gaze. În straturile mai înalte, distribuția gazelor în funcție de înălțime depinde de masele lor moleculare, concentrațiile de gaze mai grele scad mai rapid pe măsură ce se îndepărtează de suprafața Pământului. Datorită scăderii densității gazelor, temperatura scade de la 0 ° C în stratosfera la -110 ° C în mezosferă. Cu toate acestea, energia cinetică a particulelor individuale la altitudini de 200-250 km corespunde temperaturii
150 ° C. Mai mult de 200 km, există fluctuații semnificative ale temperaturii și densității gazelor în timp și spațiu.
Troposfera reprezintă aproximativ 80% din masa atmosferei, pentru stratosfera - aproximativ 20%; masa mezosferei nu este mai mare de 0,3%, termosfera este mai mică de 0,05% din masa totală a atmosferei.
Pe baza proprietăților electrice din atmosferă, neutrofara și ionosfera sunt eliberate.
În funcție de compoziția gazului din atmosferă, se eliberează o omosferă și o heteroșferă. Heterosfera este o zonă în care gravitatea afectează separarea gazelor, deoarece amestecarea lor la o asemenea altitudine este neglijabilă. De aici rezultă compoziția variabilă a heterosferei. Mai jos se află o parte bine amestecată, omogenă a atmosferei, numită omosferă. Limita dintre aceste straturi se numește turbopauza. se află la o altitudine de aproximativ 120 km.
Alte proprietati ale atmosferei si efecte asupra corpului uman
Deja la o altitudine de 5 km deasupra nivelului mării, o persoană neînvățată dezvoltă înfometare în oxigen și, fără adaptare, capacitatea de lucru a unei persoane este redusă semnificativ. Aici se termină zona fiziologică a atmosferei. Respirația umană devine imposibilă la o înălțime de 9 km, deși până la circa 115 km atmosfera conține oxigen.
Atmosfera ne oferă oxigenul necesar pentru respirație. Cu toate acestea, ca urmare a unei scăderi a presiunii globale a atmosferei, pe măsură ce crește altitudinea, presiunea parțială de oxigen scade și în consecință.
Plămânii conțin în mod constant circa 3 litri de aer alveolar. Presiunea parțială a oxigenului din aerul alveolar la presiunea atmosferică normală este de 110 mm Hg. Presiunea dioxidului de carbon este de 40 mm Hg. Art. iar vaporii de apă sunt de 47 mm Hg. Art. Cu o altitudine crescândă, presiunea de oxigen scade, iar presiunea totală a vaporilor de apă și dioxid de carbon din plămâni rămâne aproape constantă - aproximativ 87 mm Hg. Art. Fluxul de oxigen în plămâni încetează complet când presiunea aerului din jur devine egală cu această valoare.
La o altitudine de aproximativ 19-20 km, presiunea atmosferei este redusă la 47 mm Hg. Art. care conduce la fierberea apei și a fluidului interstițial în corpul uman. În afara cabinei etanșe la aceste înălțimi, moartea are loc aproape instantaneu. Astfel, din punctul de vedere al fiziologiei umane, "spațiul" începe la o altitudine de 15-19 km.
Straturile dense de aer - troposfera și stratosfera - ne protejează de efectele dăunătoare ale radiației. Cu o aerisire suficientă a aerului, la înălțimi mai mari de 36 km, o acțiune intensă asupra corpului este asigurată de radiațiile ionizante - radiațiile cosmice primare; la altitudini mai mari de 40 km, există o parte ultravioletă periculoasă a spectrului solar pentru oameni.
Pe măsură ce ascensiune înălțimi tot mai mari deasupra suprafeței Pământului slăbit treptat, iar apoi dispar complet familiar pentru noi fenomenele observate în atmosfera inferioară, deoarece propagarea sunetului, apariția de ridicare aerodinamică și trageți, prin transfer de căldură prin convecție și altele.
În straturile de aer rarefiate, propagarea sunetului este imposibilă. Până la înălțimi de 60-90 km, este posibil să se folosească aerul de rulare și de ridicare pentru zborul aerodinamic controlat. Dar, dincolo de înălțimea de 100-130 km, conceptele numărului M și bariera sonoră familiară a fiecărui pilot își pierd înțelesul: acolo trece linia Karman condiționată. dincolo de care începe zona zborului pur balistice, care poate fi controlat numai prin utilizarea forțelor jet.
La altitudini de peste 100 km atmosferă lipsită iar alte proprietăți remarcabile - capacitatea de a absorbi, transporta și transfera energia termică prin convecție (adică, cu agitare aer). Acest lucru înseamnă că diferitele elemente ale echipamentului, dotarea stației spațiale orbitale nu va fi capabil să se răcească la exterior așa cum se face de obicei pe un avion - cu ajutorul jeturilor de aer și încălzitoare de aer. La aceasta altitudine, ca, în general, în spațiul de numai metodă de transfer de căldură este radiația termică.
Istoria formării atmosferei
Conform teoriei cele mai comune, atmosfera Pamantului peste ultima poveste a rupt în trei formulări diferite. Inițial, aceasta a constat din gaze ușoare (hidrogen și heliu) capturate din spațiul interplanetar. Aceasta este așa-numita atmosferă primară. În etapa următoare activitatea vulcanică a dus la saturarea atmosferei și a altor gaze în afară de hidrogen (dioxid de carbon, amoniac. Abur). Astfel, a fost formată o atmosferă secundară. Această atmosferă a fost restaurată. Mai mult, procesul de formare a atmosferei a fost determinat de următorii factori:
- o scurgere de gaze ușoare (hidrogen și heliu) în spațiul interplanetar;
- reacțiile chimice care se produc în atmosferă sub influența radiațiilor ultraviolete, descărcările de trăsnet și alți factori.
Formarea unei cantități mari de azot N2 se datorează oxidării atmosferei amoniac-hidrogen cu oxigenul molecular O2. care a început să vină de la suprafața planetei ca rezultat al fotosintezei, începând cu 3 miliarde de ani în urmă. De asemenea, azotul N2 este eliberat în atmosferă ca urmare a denitrificării nitraților și a altor compuși care conțin azot. Azotul este oxidat de ozon până la NO în atmosfera superioară.
Azot N2 reacționează numai în anumite condiții (de exemplu, de la fulgere). Oxidarea ozon azotului molecular în timpul descărcărilor electrice în cantități mici utilizate în producția industrială de îngrășăminte cu azot. Oxidantă cu intrări de mică putere și convertit în forma activă biologic poate cianobacterii (alge albastre-verzi) și bacteriile nodulilor formând simbioză rhizobial cu plante leguminoase care pot fi eficiente verzi-manures - plante care nu diminuează și îmbogăți îngrășămintele naturale din sol.
Dioxid de carbon
Gaze nobile
Sursa gazelor inerte este argonul. heliu și krypton - erupții vulcanice și degradarea elementelor radioactive. Pământul în ansamblu și atmosfera în particular sunt epuizate de gaze inerte în comparație cu cosmosul. Se crede că motivul pentru aceasta constă în scurgerea continuă a gazelor în spațiul interplanetar [sursa nu este specificată 1927 zile].
Poluarea atmosferică
Arderea combustibililor - principala sursă de contaminanți și gaz (CO NO SO2 ..). Dioxidul de sulf este oxidat de oxigenul în aer până la SO3. și oxid de azot NO2 în atmosfera superioară, care la rândul ei reacționează cu vaporii de apă, și a format cu acid sulfuric H2 SO4 și acid azotic HNO3 cad la suprafața pământului ca o ploaie de așa-numita acid. Utilizarea motoarelor cu ardere internă conduce la o contaminare semnificativă a atmosferei cu oxizi de azot, hidrocarburi și compuși de plumb (Pb tetraetil (CH3 CH2) 4).
Poluarea cu aerosol datorată atât cauze naturale (erupții vulcanice, furtuni de praf, antrenarea picăturilor de apă de mare și polen și altele), precum și prin activități umane (minerit minereu și materiale de construcții, de ardere a combustibilului, de fabricare a cimentului și altele asemenea). îndepărtarea intensivă la scară largă de pulberi în suspensie în atmosferă - una dintre cauzele posibile ale schimbărilor climatice ale planetei.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: