(grieķu atmos — tvaiks un sphaira — bumba) — Zemes gaisa apvalks. Atmosfērai nav asas augšējās robežas. Apmēram 99,5% no tā kopējās masas ir koncentrēti zemākajos 80 km.
Atmosfēra radās gāzu izdalīšanās rezultātā plkst. Tās veidošanos vēlāk ietekmēja okeānu rašanās un.
Atmosfēras struktūra
Ir vairāki galvenie slāņi, kas atšķiras pēc īpašībām, blīvuma utt. Apakšējais slānis ir troposfēra. To silda Zeme, kuru savukārt silda Saule. Troposfēras siltākie slāņi atrodas blakus Zemei. Siltums samazinās līdz ar augstumu, un tas samazinās no +14°C jūras līmenī līdz -55°C troposfēras augšējā robežā. Zinātnieki ir aprēķinājuši, ka temperatūra šeit pazeminās vidēji par 0,6° uz katriem 100 m. Šo vērtību sauc par vertikālo temperatūras gradientu. Troposfēras biezums ir atšķirīgs: tas ir 17 km, un virs polārajiem platuma grādiem tas ir 8-9 km. Tikai troposfērā notiek tādas parādības kā mākoņu veidošanās, nokrišņi un citas. Virs troposfēras atrodas stratosfēra (līdz 50-55 km), kuru no apakšējās atdala pārejas slānis - tropopauze. Stratosfērā gaiss ir retināts, mākoņi šeit neveidojas, jo praktiski nav ūdens. Temperatūras pazemināšanās līdz ar augstumu turpinās, bet virs 25 km tā sāk pieaugt par 1-2°C uz kilometru. Acīmredzot to izraisa fakts, ka ozona slānis absorbē un izkliedē saules starojumu, neļaujot tam sasniegt Zemes virsmu. Virs stratosfēras ir arī pārejas zona - stratopauze, pēc kuras nāk nākamais atmosfēras slānis - mezosfēra (līdz 80-85 km). Gaiss šeit ir vēl plānāks, un temperatūra turpina paaugstināties. Vēl augstāks ir slānis, ko sauc par termosfēru. Sarežģītas ķīmiskās reakcijas šajos atmosfēras slāņos (virs 50 km) padara to elektriski vadošu. Tā kā reakcijas atbrīvo jonus, atmosfēras augšējo daļu, kurā ietilpst mezosfēra un termosfēra, sauc par jonosfēru. Tieši šajos slāņos notiek tas, kas notiek. Virs 800 km atrodas eksosfēra ("exo" - ārēja), šeit gāzes daļiņas ir ļoti reti sastopamas, un temperatūra sasniedz +2000 ° C. Atmosfēras gāzu sastāvs ir pētīts ilgu laiku. 1774. gadā franču zinātnieks Antuāns Lavuazjē pētīja galvenās gaisa daļas un konstatēja skābekļa un slāpekļa klātbūtni tajās. Pēc tam tika atklāts, ka bez šīm gāzēm gaisā ir arī citas gāzes. Tādējādi gaiss ir gāzu maisījums, kas sastāv no šādiem komponentiem uz zemes virsmas:
- Slāpeklis - 78%
- Skābeklis - 21%
- Inertās gāzes - 0,94%
- Oglekļa dioksīds - 0,03%
- Ūdens tvaiki un piemaisījumi - 0,03%.
Atmosfēras nozīme dabā un cilvēka dzīvē
- pateicoties gāzveida apvalkam, Zemes virsma dienas laikā nesasilst un naktī neatdziest tik ļoti, kā, piemēram, virsma, kurā nav atmosfēras;
- atmosfēra aizsargā Zemi, no kuras lielākā daļa izdeg un nesasniedz planētas virsmu;
- ozona ekrāns () aizsargā cilvēci no pārmērīga ultravioletā starojuma, kura liela deva ir kaitīga organismam;
- atmosfērā esošais skābeklis ir nepieciešams visu dzīvo organismu elpošanai.
Atmosfēras izpēte
Cilvēce jau sen ir interesējusies par gaisa okeānu, taču tikai pirms 300-400 gadiem tika izgudroti pirmie instrumenti atmosfēras izpētei: termometrs, vējrādītājs. Pašlaik gāzes izpēte tiek veikta Pasaules Meteoroloģijas organizācijas (PMO) vadībā, kurā bez Krievijas ietilpst arī daudzas citas. Ir izstrādāta programma materiālu savākšanai un apstrādei, izmantojot jaunākos tehniskos līdzekļus. Lai uzraudzītu atmosfēras stāvokli, izveidots ar dažādiem instrumentiem aprīkotu uz zemes izvietotu meteoroloģisko staciju tīkls.
Temperatūra tiek mērīta, izmantojot termometrus, ir ierasts to mērīt grādos pēc Celsija. Šīs sistēmas pamatā ir ūdens fizikālās īpašības: pie nulles grādiem tas pārvēršas cietā stāvoklī – sasalst, pie 100 grādiem – gāzveida stāvoklī. Nokrišņu daudzumu mēra ar nokrišņu mērītāju - konteineru ar īpašu marķējumu uz sienām. Gaisa straumju kustības ātrumu mēra ar vēja mērītāju (anemometru). Parasti blakus tiek uzstādīts vējrādītājs, kas norāda vēja virzienu. Lidlaukos un pie tiltiem, kur var būt briesmas, uzstādīti vēja virziena rādītāji - lieli konusa formas maisi no svītraina auduma, atvērti no abām pusēm. mēra ar barometru.
Meteoroloģiskajās stacijās rādījumus veic vismaz 4 reizes dienā. Automātiskās radiometeoroloģiskās stacijas darbojas grūti sasniedzamās vietās. Un okeānos šādas stacijas ir uzstādītas uz peldošām platformām. Brīvo atmosfēru pēta, izmantojot radiozondes – instrumentus, kas piestiprināti pie brīvi lidojošiem ar ūdeņradi pildītiem gumijas baloniem. Viņi vāc datus par atmosfēras stāvokli augstumā līdz 30-40 km. Meteoroloģiskās raķetes paceļas vēl augstāk, līdz 120 km. Noteiktā augstumā daļa raķetes ar instrumentiem tiek atdalīta un izpletņlēkta uz zemes virsmu. Lai noskaidrotu gaisa sastāvu un pētītu slāņus, kas atrodas lielā augstumā, tiek izmantotas raķetes, kas zondē atmosfēru līdz 500 km. Ļoti svarīgu informāciju par atmosfēras stāvokli un laikapstākļiem, kas notiek virs Zemes virsmas, sniedz mākslīgie Zemes pavadoņi. Liela vērtība ir atmosfēras parādību novērojumiem, ko astronauti veic no orbitālajām stacijām kosmosā.
Video avots: AirPano.ru
atmosfēras vides piesārņojums
Atmosfēras gaiss ir nepieciešams dabas resurss. Atmosfērā esošo skābekli dzīvie organismi izmanto elpošanas procesā. To izmanto, sadedzinot jebkuru degvielu dažādās ražotnēs un dzinējos. Atmosfēra ir svarīgs saziņas ceļš, ko izmanto aviācija.
Galvenie gaisa patērētāji dabā ir Zemes flora un fauna. Tiek lēsts, ka aptuveni desmit gadu laikā viss gaisa okeāns iziet cauri sauszemes organismiem.
Atmosfēru caurstrāvo spēcīgs saules starojums, kas regulē Zemes termisko režīmu un veicina siltuma pārdali visā pasaulē. Saules starojuma enerģija ir praktiski vienīgais siltuma avots Zemes virsmai. Šo enerģiju daļēji absorbē atmosfēra. Enerģiju, kas sasniedz Zemi, daļēji absorbē augsne un ūdens un daļēji atstaro no to virsmas atmosfērā. Nav grūti iedomāties, kāds būtu Zemes temperatūras režīms, ja nebūtu atmosfēras: naktī un ziemā tā būtu ļoti atdzisusi saules starojuma ietekmē, bet vasarā un dienā tā būtu pārkarsusi saules starojums, kā tas notiek uz Mēness, kur nav atmosfēras.
Pateicoties atmosfērai uz Zemes, nav strauju pāreju no sala uz karstumu un atpakaļ. .
Ja Zemi neielenktu atmosfēra, tad vienas dienas laikā temperatūras svārstību amplitūda sasniegtu 200 C: dienā ap +100 C, naktī ap 100 C. Būtu vēl lielāka atšķirība starp ziemas un vasaras temperatūru . Bet, pateicoties atmosfērai, Zemes vidējā temperatūra ir aptuveni +15 "C.
Atmosfēra ir uzticams vairogs, kas pasargā visus uz Zemes dzīvojošos organismus no postošajiem ultravioletajiem, rentgena un kosmiskajiem stariem, kas ir daļēji izkliedēti un daļēji absorbēti tās augšējos slāņos.
Atmosfēra veic vielu apmaiņu starp Zemi un Kosmosu. Tajā pašā laikā Zeme zaudē vieglākās gāzes – ūdeņradi un hēliju un saņem kosmiskos putekļus un meteorītus. Atmosfēra mūs pasargā no zvaigžņu fragmentiem. Vairumā gadījumu meteorīti nav lielāki par zirņiem; Gravitācijas ietekmē tie ietriecas atmosfērā ar milzīgu ātrumu 11-64 km/s, berzes dēļ ar gaisu tie sakarst un pārsvarā deg 60-70 km augstumā no Zemes virsmas. Saules starojuma enerģija ir praktiski vienīgais siltuma avots Zemes virsmai. Šo enerģiju daļēji absorbē atmosfēra. Enerģiju, kas sasniedz Zemi, daļēji absorbē augsne un ūdens un daļēji atstaro no to virsmas atmosfērā. Nav grūti iedomāties, kāds būtu Zemes temperatūras režīms, ja nebūtu atmosfēras: naktī un ziemā tā būtu ļoti atdzisusi saules starojuma ietekmē, bet vasarā un dienā tā būtu pārkarsusi saules starojums, kā tas notiek uz Mēness, kur nav atmosfēras.
Pateicoties atmosfērai uz Zemes, nav strauju pāreju no sala uz karstumu un atpakaļ. Ja Zemi neielenktu atmosfēra, tad vienas dienas laikā temperatūras svārstību amplitūda sasniegtu 200 C: dienā ap +100 C, naktī ap 100 C. Būtu vēl lielāka atšķirība starp ziemas un vasaras temperatūru . Bet, pateicoties atmosfērai, Zemes vidējā temperatūra ir aptuveni +15 "C.
Ozona ekrānam ir vissvarīgākā aizsargājošā vērtība. Tas atrodas stratosfērā, 20-50 km augstumā no Zemes virsmas. Kopējais ozona daudzums atmosfērā tiek lēsts 3,3 miljardu tonnu apmērā. Šī slāņa biezums ir salīdzinoši neliels: no 2 mm pie ekvatora līdz 4 mm pie poliem normālos apstākļos. Ozona ekrāna galvenā nozīme ir aizsargāt dzīvos organismus no ultravioletā starojuma.
Atmosfēra ir uzticams vairogs, kas pasargā visus uz Zemes dzīvojošos organismus no postošajiem ultravioletajiem, rentgena un kosmiskajiem stariem, kas ir daļēji izkliedēti un daļēji absorbēti tās augšējos slāņos. Atmosfēra veic vielu apmaiņu starp Zemi un Kosmosu. Tajā pašā laikā Zeme zaudē vieglākās gāzes – ūdeņradi un hēliju un saņem kosmiskos putekļus un meteorītus. .
Atmosfēra mūs pasargā no zvaigžņu fragmentiem. Vairumā gadījumu meteorīti nav lielāki par zirņiem; Gravitācijas ietekmē tie ietriecas atmosfērā ar milzīgu ātrumu 11-64 km/s, berzes dēļ ar gaisu tie sakarst un pārsvarā deg 60-70 km augstumā no Zemes virsmas. Gaismas izplatīšanā lielu lomu spēlē atmosfēra. Gaiss sadala saules starus miljonos mazos staros, izkliedē tos un rada vienmērīgu apgaismojumu, pie kā esam pieraduši.
Gaisa apvalka klātbūtne mūsu debesīm piešķir zilu krāsu, jo gaisa pamatelementu molekulas un dažādi tajās esošie piemaisījumi izkliedē galvenokārt starus ar īsu viļņa garumu, t.i., zilu, indigo, violetu. Dažreiz atmosfērā esošo piemaisījumu dēļ debesu krāsa nav tīra. Ejot uz augšu, blīvums un gaisa piesārņojums samazinās, t.i. izkliedējošo daļiņu skaits, debesu krāsa kļūst tumšāka, pārvēršas dziļi zilā, bet stratosfērā - melni violetā krāsā. Atmosfēra ir vide, kurā ceļo skaņas. Bez gaisa uz Zemes valdītu klusums. Mēs nedzirdētu ne viens otru, ne jūras troksni, vēju, mežu utt. .
Jonosfēra atvieglo radiosignālu pārraidi un radioviļņu izplatīšanos.
Ilgu laiku tika uzskatīts, ka gaisam nav masas. Tikai 17. gadsimtā tika pierādīts, ka 1 m 3 sausa gaisa masa, sverot jūras līmenī 0 ° C temperatūrā, ir vienāda ar 1293 g, un uz katru zemes virsmas kvadrātcentimetru ir 1033 g gaisa.
Cilvēka plauksta piedzīvo gaisa spiedienu ar spēku aptuveni 1471 N, un gaiss nospiež visu cilvēka ķermeni ar spēku 1471 * 103 N. Mēs nepamanām šo gravitāciju tikai tāpēc, ka visi mūsu ķermeņa audi ir arī piesātināts ar gaisu, kas līdzsvaro ārējo spiedienu. Ja šis līdzsvars tiek izjaukts, mūsu pašsajūta pasliktinās: paātrinās pulss, parādās letarģija, vienaldzība utt. Tādas pašas sajūtas cilvēks piedzīvo, kāpjot kalnā vai nirstot lielā dziļumā, kā arī paceļoties un nolaižoties lidmašīnā. Augšpusē gaisa spiediens un tā masa samazinās: 20 km augstumā 1 m 3 gaisa masa ir 43 g, bet 40 km augstumā - 4 g Saules starojuma enerģija vienīgais siltuma avots Zemes virsmai. Šo enerģiju daļēji absorbē atmosfēra. Enerģiju, kas sasniedz Zemi, daļēji absorbē augsne un ūdens un daļēji atstaro no to virsmas atmosfērā. Nav grūti iedomāties, kāds būtu Zemes temperatūras režīms, ja nebūtu atmosfēras: naktī un ziemā tā būtu ļoti atdzisusi saules starojuma ietekmē, bet vasarā un dienā tā būtu pārkarsusi saules starojums, kā tas notiek uz Mēness, kur nav atmosfēras.
Visi procesi, kas attīstās atmosfērā, tiek veikti, izmantojot Saules enerģiju. Pateicoties tam, katru gadu no Zemes virsmas iztvaiko miljardiem tonnu ūdens. Atmosfēra darbojas kā mitruma pārdale uz zemeslodes.
Atmosfēras fizikālās īpašības un stāvoklis mainās: 1) laika gaitā - diennakts, gadalaiku, gadu laikā; 2) kosmosā - atkarībā no augstuma virs jūras līmeņa, apgabala platuma un attāluma no okeāna.
Atmosfēra vienmēr satur noteiktu daudzumu piemaisījumu. Piesārņojuma avoti var būt dabiski vai mākslīgi. Dabiskie avoti ir: putekļi (augu, vulkāniskas un kosmiskas izcelsmes), putekļu vētras, jūras sāls daļiņas, laikapstākļu produkti, migla, dūmi un gāzes no mežu un stepju ugunsgrēkiem, dažādi augu, dzīvnieku un mikrobioloģiskas izcelsmes produkti utt. Dabiski avoti piesārņojuma atmosfērā ir tik liela dabas parādība kā vulkānu izvirdumi. Parasti tas ir katastrofāls. Vulkāniem izvirdoties, atmosfērā izplūst milzīgs daudzums gāzu, ūdens tvaiku, cieto daļiņu, pelnu un putekļu, kā arī notiek atmosfēras termiskais piesārņojums, jo gaisā nonāk ļoti uzkarsētas vielas. .
Viņu temperatūra ir tāda, ka viņi visu savā ceļā sadedzina. Pēc vulkāniskās aktivitātes norimšanas pakāpeniski atjaunojas kopējais gāzu līdzsvars atmosfērā.
Lieli mežu un stepju ugunsgrēki būtiski piesārņo atmosfēru. Visbiežāk tie rodas sausos gados. Ugunsgrēka dūmi izplatās plašās teritorijās. Putekļu vētras rodas sīku augsnes daļiņu pārnešanas dēļ, kuras no zemes virsmas ir pacēluši spēcīgi vēji. Spēcīgi vēji – viesuļvētras, viesuļvētras – paceļ gaisā arī lielas klinšu lauskas, taču tās gaisā neuzturas ilgi. Spēcīgu vētru laikā gaisā paceļas līdz 50 miljoniem tonnu putekļu. Putekļu vētru cēloņi ir sausums, karstie vēji, kas rodas intensīvas aršanas, ganīšanas un mežu iznīcināšanas dēļ. Putekļu vētras visbiežāk sastopamas stepju, pustuksnešu un tuksneša apgabalos. Katastrofāli notikumi, kas saistīti ar vulkānu izvirdumiem, ugunsgrēkiem un putekļu vētrām, noved pie gaismas vairoga parādīšanās ap Zemi, kas nedaudz maina planētas termisko līdzsvaru. Bet pārsvarā šīm parādībām ir lokāls raksturs. Atmosfēras gaisa piesārņojumam, kas saistīts ar laikapstākļiem un organisko vielu sadalīšanos, ir ļoti neliels vietējais raksturs. .
Dabiskie piesārņojuma avoti var būt vai nu izplatīti, piemēram, kosmiskie putekļi, vai īslaicīgi spontāni, piemēram, mežu un stepju ugunsgrēki, vulkānu izvirdumi utt. Dabisko avotu radītā atmosfēras piesārņojuma līmenis ir fons un laika gaitā maz mainās. Mākslīgais piesārņojums ir visbīstamākais atmosfērai. Visstabilākās zonas ar augstu piesārņojošo vielu koncentrāciju rodas aktīvās cilvēka darbības vietās. Antropogēno piesārņojumu raksturo dažādi veidi un daudzi avoti. Dabiski gaisa piesārņojuma avoti ir tādas milzīgas dabas parādības kā vulkānu izvirdumi. Parasti tas ir katastrofāls. Vulkāniem izvirdoties, atmosfērā izplūst milzīgs daudzums gāzu, ūdens tvaiku, cieto daļiņu, pelnu un putekļu, kā arī notiek atmosfēras termiskais piesārņojums, jo gaisā nonāk ļoti uzkarsētas vielas. Viņu temperatūra ir tāda, ka viņi visu savā ceļā sadedzina. Pēc vulkāniskās aktivitātes norimšanas pakāpeniski atjaunojas kopējais gāzu līdzsvars atmosfērā. .
Gaisa piesārņojuma problēma nav jauna. Pirms vairāk nekā diviem gadsimtiem gaisa piesārņojums lielajos rūpniecības centros daudzās Eiropas valstīs kļuva par nopietnu problēmu. Tomēr ilgu laiku šiem piesārņojumiem bija vietējs raksturs. Dūmi un sodrēji piesārņoja salīdzinoši nelielas atmosfēras platības un bija viegli atšķaidīti ar tīra gaisa masu laikā, kad rūpnīcu bija maz un ķīmisko elementu izmantošana bija ierobežota. Ja 20. gadsimta sākumā. gadsimta vidū tika izmantoti 19 ķīmiskie elementi, šobrīd jau tika izmantoti aptuveni 50 elementi, tika izmantoti gandrīz visi periodiskās tabulas elementi. Tas būtiski ietekmēja rūpniecisko izmešu sastāvu un izraisīja kvalitatīvi jaunu atmosfēras piesārņojumu ar smago un reto metālu aerosoliem, sintētiskiem savienojumiem, neesošām un dabā neesošām radioaktīvām, kancerogēnām, bakterioloģiskām un citām vielām.
Rūpniecības un transporta straujā izaugsme ir novedusi pie tā, ka šādus emisiju apjomus vairs nevar izkliedēt. To koncentrācija palielinās, kas rada bīstamas un pat letālas sekas biosfērai. Šī problēma īpaši saasinājās 20. gadsimta otrajā pusē, t.i., zinātniskās un tehnoloģiskās revolūcijas periodā, kam raksturīgi ārkārtīgi augsti rūpnieciskās ražošanas, elektroenerģijas ražošanas un patēriņa pieauguma tempi, liela skaita elektroenerģijas ražošana un izmantošana. transportlīdzekļiem.
Galveno gaisa piesārņojumu rada vairākas nozares, autotransports un siltuma un elektroenerģijas ražošana. Turklāt viņu līdzdalība gaisa piesārņojumā ir sadalīta šādi: melnā un krāsainā metalurģija, naftas ieguve, naftas ķīmija, būvmateriālu ražošana, ķīmiskā rūpniecība - 30%; siltumenerģētika - 30, autotransports - 40%.
Biežākās toksiskās vielas, kas piesārņo atmosfēru, ir: oglekļa monoksīds CO, sēra dioksīds SO 2, oglekļa dioksīds CO 2, slāpekļa oksīdi NO x, ogļūdeņraži C p N m un putekļi. Aptuvenais kaitīgo vielu relatīvais sastāvs lielo industriālo pilsētu atmosfērā ir: CO - 45%, SO - 18%, CH - 15%, putekļi - 12%. .
Piesārņotā atmosfēras gaisā bez šīm vielām atrodamas arī citas toksiskākas vielas, taču mazākos daudzumos. Piemēram, elektronikas rūpniecības rūpnīcu ventilācijas emisijas satur fluorūdeņražskābes, sērskābes, hroma un citu minerālskābju tvaikus, organiskos šķīdinātājus u.c. Šobrīd atmosfēru piesārņo vairāk nekā 500 kaitīgo vielu, un to skaits pieaug. Mākslīgais piesārņojums ir visbīstamākais atmosfērai. Visstabilākās zonas ar augstu piesārņojošo vielu koncentrāciju rodas aktīvās cilvēka darbības vietās. Antropogēno piesārņojumu raksturo dažādi veidi un daudzi avoti. Dabiski gaisa piesārņojuma avoti ir tādas milzīgas dabas parādības kā vulkānu izvirdumi. Parasti tas ir katastrofāls. Vulkāniem izvirdoties, atmosfērā izplūst milzīgs daudzums gāzu, ūdens tvaiku, cieto daļiņu, pelnu un putekļu, kā arī notiek atmosfēras termiskais piesārņojums, jo gaisā nonāk ļoti uzkarsētas vielas. Viņu temperatūra ir tāda, ka viņi visu savā ceļā sadedzina. Pēc vulkāniskās aktivitātes norimšanas pakāpeniski atjaunojas kopējais gāzu līdzsvars atmosfērā.
Atmosfēras loma Zemes dzīvē
Atmosfēra ir gāzveida apvalks, kas ieskauj planētu Zeme. Tās iekšējā virsma klāj hidrosfēru un daļēji zemes garozu, bet ārējā virsma robežojas ar kosmosa zemei tuvējo daļu.
Fizikas un ķīmijas nozaru kopumu, kas pēta atmosfēru, parasti sauc par atmosfēras fiziku. Atmosfēra nosaka laika apstākļus uz Zemes virsmas, meteoroloģija pēta laikapstākļus, bet klimatoloģija nodarbojas ar ilgtermiņa klimata izmaiņām.
Jau 5 km augstumā virs jūras līmeņa netrenēts cilvēks sāk izjust skābekļa badu, un bez adaptācijas cilvēka veiktspēja ievērojami samazinās. Šeit beidzas atmosfēras fizioloģiskā zona. Cilvēka elpošana kļūst neiespējama 9 km augstumā, lai gan līdz aptuveni 115 km atmosfērā ir skābeklis.
Atmosfēra apgādā mūs ar elpošanai nepieciešamo skābekli. Tomēr atmosfēras kopējā spiediena krituma dēļ, paceļoties augstumā, skābekļa daļējais spiediens attiecīgi samazinās.
Cilvēka plaušās pastāvīgi ir aptuveni 3 litri alveolārā gaisa. Skābekļa daļējais spiediens alveolārajā gaisā normālā atmosfēras spiedienā ir 110 mmHg. Art., oglekļa dioksīda spiediens - 40 mm Hg. Art., un ūdens tvaiki - 47 mm Hg. Art. Palielinoties augstumam, skābekļa spiediens pazeminās, un kopējais ūdens un oglekļa dioksīda tvaika spiediens plaušās paliek gandrīz nemainīgs - aptuveni 87 mm Hg. Art. Skābekļa padeve plaušām pilnībā pārtrauks, kad apkārtējā gaisa spiediens kļūs vienāds ar šo vērtību.
Apmēram 19-20 km augstumā atmosfēras spiediens pazeminās līdz 47 mm Hg. Art. Tāpēc šajā augstumā cilvēka organismā sāk vārīties ūdens un intersticiāls šķidrums. Ārpus spiediena salona šādos augstumos nāve iestājas gandrīz acumirklī. Tādējādi no cilvēka fizioloģijas viedokļa “kosmoss” sākas jau 15-19 km augstumā.
Blīvi gaisa slāņi – troposfēra un stratosfēra – pasargā mūs no starojuma kaitīgās ietekmes. Ar pietiekamu gaisa retināšanu vairāk nekā 36 km augstumā jonizējošais starojums - primārie kosmiskie stari - intensīvi ietekmē ķermeni; Augstumā, kas pārsniedz 40 km, saules spektra ultravioletā daļa ir bīstama cilvēkiem. atmosfēras skābekļa stratosfēras starojums
Paceļoties arvien lielākā augstumā virs Zemes virsmas, pamazām vājinās un pēc tam pilnībā izzūd tādas pazīstamas parādības, kas novērotas zemākajos atmosfēras slāņos, piemēram, skaņas izplatīšanās, aerodinamiskās pacēluma un pretestības rašanās, siltuma pārnešana ar konvekcijas palīdzību u.c.
Retos gaisa slāņos skaņas izplatīšanās nav iespējama. Līdz 60-90 km augstumam joprojām ir iespējams izmantot gaisa pretestību un pacēlumu kontrolētam aerodinamiskam lidojumam.
Bet, sākot no 100–130 km augstuma, katram pilotam pazīstamie M skaitļa un skaņas barjeras jēdzieni zaudē savu nozīmi: tur atrodas parastā Karmana līnija, aiz kuras sākas tīri ballistiskā lidojuma reģions, kas var tikai kontrolēt, izmantojot reaktīvos spēkus.
Augstumā virs 100 km atmosfērai ir liegta vēl viena ievērojama īpašība - spēja absorbēt, vadīt un pārraidīt siltumenerģiju konvekcijas ceļā (t.i., sajaucot gaisu). Tas nozīmē, ka dažādus aprīkojuma elementus uz orbitālās kosmosa stacijas nevarēs atdzesēt no ārpuses tā, kā to parasti dara lidmašīnā - ar gaisa strūklu un gaisa radiatoru palīdzību. Šajā augstumā, tāpat kā kosmosā, vienīgais veids, kā pārnest siltumu, ir siltuma starojums.
Apkārtējā pasaule veidojas no trim ļoti dažādām daļām: zemes, ūdens un gaisa. Katrs no tiem ir unikāls un interesants savā veidā. Tagad mēs runāsim tikai par pēdējo no tiem. Kas ir atmosfēra? Kā tas radās? No kā tas sastāv un kādās daļās tas ir sadalīts? Visi šie jautājumi ir ārkārtīgi interesanti.
Pats nosaukums “atmosfēra” ir veidots no diviem grieķu izcelsmes vārdiem, kas tulkojumā krievu valodā nozīmē “tvaiks” un “bumba”. Un, ja paskatās uz precīzu definīciju, jūs varat izlasīt sekojošo: "Atmosfēra ir planētas Zeme gaisa apvalks, kas steidzas tai līdzi kosmosā." Tas attīstījās paralēli ģeoloģiskajiem un ģeoķīmiskajiem procesiem, kas notika uz planētas. Un šodien no tā ir atkarīgi visi dzīvajos organismos notiekošie procesi. Bez atmosfēras planēta kļūtu par nedzīvu tuksnesi, piemēram, Mēnesi.
No kā tas sastāv?
Jautājums par to, kas ir atmosfēra un kādi elementi tajā ir iekļauti, interesējis cilvēkus jau ilgu laiku. Šīs čaulas galvenās sastāvdaļas bija zināmas jau 1774. gadā. Tos uzstādīja Antuāns Lavuazjē. Viņš atklāja, ka atmosfēras sastāvs lielākoties sastāv no slāpekļa un skābekļa. Laika gaitā tā sastāvdaļas tika pilnveidotas. Un tagad ir zināms, ka tajā ir daudz citu gāzu, kā arī ūdens un putekļi.
Apskatīsim tuvāk, kas veido Zemes atmosfēru tās virsmas tuvumā. Visizplatītākā gāze ir slāpeklis. Tas satur nedaudz vairāk par 78 procentiem. Bet, neskatoties uz tik lielu daudzumu, slāpeklis gaisā praktiski nav aktīvs.
Nākamais daudzums un ļoti svarīgs elements ir skābeklis. Šī gāze satur gandrīz 21%, un tai ir ļoti augsta aktivitāte. Tās specifiskā funkcija ir oksidēt atmirušās organiskās vielas, kas šīs reakcijas rezultātā sadalās.
Zemas, bet svarīgas gāzes
Trešā gāze, kas ir daļa no atmosfēras, ir argons. Tas ir nedaudz mazāks par vienu procentu. Pēc tam nāk oglekļa dioksīds ar neonu, hēlijs ar metānu, kriptons ar ūdeņradi, ksenons, ozons un pat amonjaks. Bet to ir tik maz, ka šādu komponentu procentuālais daudzums ir vienāds ar simtdaļām, tūkstošdaļām un miljondaļām. No tiem nozīmīga loma ir tikai oglekļa dioksīdam, jo tas ir būvmateriāls, kas augiem nepieciešams fotosintēzei. Otra svarīga funkcija ir bloķēt starojumu un absorbēt daļu no saules siltuma.
Vēl viena maza, bet svarīga gāze, ozons, pastāv, lai notvertu ultravioleto starojumu, kas nāk no Saules. Pateicoties šim īpašumam, visa dzīvība uz planētas ir droši aizsargāta. No otras puses, ozons ietekmē stratosfēras temperatūru. Sakarā ar to, ka tas absorbē šo starojumu, gaiss uzsilst.
Atmosfēras kvantitatīvā sastāva noturība tiek uzturēta ar nepārtrauktu maisīšanu. Tās slāņi pārvietojas gan horizontāli, gan vertikāli. Tāpēc jebkurā zemeslodes vietā ir pietiekami daudz skābekļa un nav pārmērīga oglekļa dioksīda.
Kas vēl ir gaisā?
Jāpiebilst, ka gaisa telpā ir sastopami tvaiki un putekļi. Pēdējais sastāv no ziedputekšņiem un augsnes daļiņām, kurām pilsētā pievienojas izplūdes gāzu cieto emisiju piemaisījumi.
Bet atmosfērā ir daudz ūdens. Noteiktos apstākļos tas kondensējas un parādās mākoņi un migla. Pēc būtības tie ir viens un tas pats, tikai pirmie parādās augstu virs Zemes virsmas, un pēdējā izplatās pa to. Mākoņiem ir dažādas formas. Šis process ir atkarīgs no augstuma virs Zemes.
Ja tie veidojās 2 km virs zemes, tad tos sauc par slāņveida. Tieši no tiem uz zemes līst lietus vai krīt sniegs. Virs tiem veidojas gubu mākoņi līdz 8 km augstumam. Viņi vienmēr ir visskaistākie un gleznainākie. Viņi ir tie, kas uz viņiem skatās un brīnās, kā viņi izskatās. Ja šādi veidojumi parādīsies nākamajos 10 km, tie būs ļoti viegli un gaisīgi. Viņu vārds ir spalvains.
Kādos slāņos atmosfēra ir sadalīta?
Lai gan tiem ir ļoti atšķirīgas temperatūras vienai no otras, ir ļoti grūti pateikt, kādā konkrētā augstumā sākas viens slānis un beidzas otrs. Šis dalījums ir ļoti nosacīts un aptuvens. Tomēr atmosfēras slāņi joprojām pastāv un pilda savas funkcijas.
Gaisa čaulas zemāko daļu sauc par troposfēru. Tā biezums palielinās, virzoties no poliem uz ekvatoru no 8 līdz 18 km. Šī ir siltākā atmosfēras daļa, jo tajā esošo gaisu silda zemes virsma. Lielākā daļa ūdens tvaiku koncentrējas troposfērā, tāpēc veidojas mākoņi, nokrīt nokrišņi, dārd pērkona negaiss un pūš vēji.
Nākamais slānis ir aptuveni 40 km biezs, un to sauc par stratosfēru. Ja novērotājs pārvietojas šajā gaisa daļā, viņš atklās, ka debesis ir kļuvušas purpursarkanas. Tas izskaidrojams ar vielas zemo blīvumu, kas praktiski neizkliedē saules starus. Tieši šajā slānī lido reaktīvās lidmašīnas. Viņiem ir atvērtas visas atklātās vietas, jo mākoņu praktiski nav. Stratosfēras iekšpusē ir slānis, kas sastāv no liela daudzuma ozona.
Pēc tam nāk stratopauze un mezosfēra. Pēdējais ir apmēram 30 km biezs. To raksturo straujš gaisa blīvuma un temperatūras pazemināšanās. Debesis novērotājam šķiet melnas. Šeit jūs pat varat vērot zvaigznes dienas laikā.
Slāņi, kuros praktiski nav gaisa
Atmosfēras struktūra turpinās ar slāni, ko sauc par termosfēru - garāko no visiem pārējiem, tā biezums sasniedz 400 km. Šis slānis izceļas ar milzīgo temperatūru, kas var sasniegt 1700 °C.
Pēdējās divas sfēras bieži tiek apvienotas vienā un tiek sauktas par jonosfēru. Tas ir saistīts ar faktu, ka tajos notiek reakcijas ar jonu izdalīšanos. Tieši šie slāņi ļauj novērot tādu dabas parādību kā ziemeļblāzma.
Nākamie 50 km no Zemes ir atvēlēti eksosfērai. Tas ir atmosfēras ārējais apvalks. Tas izkliedē gaisa daļiņas kosmosā. Šajā slānī parasti pārvietojas laika pavadoņi.
Zemes atmosfēra beidzas ar magnetosfēru. Tā ir viņa, kas pasargāja lielāko daļu planētas mākslīgo pavadoņu.
Pēc visa teiktā nevajadzētu palikt jautājumiem par to, kāda ir atmosfēra. Ja jums ir šaubas par tā nepieciešamību, tās var viegli kliedēt.
Atmosfēras nozīme
Atmosfēras galvenā funkcija ir aizsargāt planētas virsmu no pārkaršanas dienas laikā un pārmērīgas atdzišanas naktī. Nākamais svarīgais šī apvalka mērķis, kuru neviens neapstrīdēs, ir nodrošināt skābekli visām dzīvajām būtnēm. Bez tā viņi nosmaktu.
Lielākā daļa meteorītu sadeg augšējos slāņos, nekad nesasniedzot Zemes virsmu. Un cilvēki var apbrīnot lidojošās gaismas, sajaucot tās ar krītošām zvaigznēm. Bez atmosfēras visa Zeme būtu pilna ar krāteriem. Un aizsardzība pret saules starojumu jau tika apspriesta iepriekš.
Kā cilvēks ietekmē atmosfēru?
Ļoti negatīvs. Tas ir saistīts ar cilvēku pieaugošo aktivitāti. Visu negatīvo aspektu lielākā daļa attiecas uz rūpniecību un transportu. Starp citu, tieši automašīnas izdala gandrīz 60% no visiem piesārņotājiem, kas iekļūst atmosfērā. Pārējie četrdesmit ir sadalīti starp enerģētiku un rūpniecību, kā arī atkritumu apglabāšanas nozarēm.
Kaitīgo vielu saraksts, kas katru dienu papildina gaisu, ir ļoti garš. Sakarā ar transportēšanu atmosfērā ir: slāpeklis un sērs, ogleklis, zils un sodrēji, kā arī spēcīgs kancerogēns, kas izraisa ādas vēzi - benzopirēns.
Nozare veido šādus ķīmiskos elementus: sēra dioksīds, ogļūdeņraži un sērūdeņradis, amonjaks un fenols, hlors un fluors. Ja process turpināsies, drīzumā tiks atbildēts uz jautājumiem: “Kāda ir atmosfēra? No kā tas sastāv? būs pavisam savādāk.
6.2. Atmosfēras nozīme un struktūra
Ja ūdeni, kas jau sen ir bijis deficīts, sauca par “dzīvības resursu”, tad gaisu atcerējās tikai mūsu urbanizācijas laikmetā. Atcerēsimies, ka bez ēdiena cilvēks var iztikt vairākus desmitus dienu, bet bez gaisa – tikai līdz 5-7 minūtēm. Turklāt cilvēkiem ir nepieciešams tīrs gaiss, kura, īpaši pilsētās un rūpniecības centros, trūkst.
Atmosfēras nozīme. Atmosfēras gaiss ir vissvarīgākais dabas resurss, tas galamērķis ( Zemei un cilvēcei ):
Nodrošināt cilvēkus, floru un faunu ar dzīvībai svarīgiem gāzes elementiem (skābekli, oglekļa dioksīdu);
Samazināt temperatūras izmaiņas (gaiss slikti vada siltumu un aukstumu), t.i. nodrošināt termoregulāciju uz planētas;
Aizsargāt Zemes virsmu no kosmiskā, radiācijas un ultravioletā saules starojuma;
Sargāt Zemi no meteorītiem un citiem kosmiskiem ķermeņiem, kuru milzīgā masa sadeg atmosfērā;
Nodrošināt rūpnieciskos antropogēnos procesus ar skābekli, slāpekli, ūdeņradi un neitrālām gāzēm.
Atmosfēra “sasilda” mūsu planētu, absorbējot Zemes izdalīto siltumu kosmosā un daļēji atdodot to pretstarojuma veidā. Atmosfēra izkliedē saules starus, kā rezultātā notiek pakāpeniska pāreja no gaismas uz ēnu (krēslā). Naktīs tas izstaro gaismas starus un kalpo kā zemes virsmas apgaismojuma avots.
Atmosfēras nakts spīdums (luminiscence) ir retu gaisa gāzu spīdums augstumā no 80 līdz 300 km. Tas nodrošina 40–45% no kopējā zemes virsmas apgaismojuma bezmēness naktī, savukārt zvaigžņu gaisma veido aptuveni 30%, bet atlikušos 25–30% veido starpzvaigžņu putekļu izkliedētā gaisma. Aurora borealis ir atmosfēras mirdzuma veids. Uz Zemes tie tiek novēroti augstos platuma grādos tikai naktī, ja nav mākoņu. No kosmosa polārblāzmas vienmēr ir redzamas, un tajā pašā laikā lielās platībās.
Atmosfēras struktūra. Atmosfēra sastāv no vairākiem slāņiem – sfērām, starp kurām nav skaidri noteiktas robežas.
1. Troposfēra - zemākais galvenais atmosfēras slānis. Tas ir visvairāk izpētītais. Troposfēras augstums sasniedz 10 km virs poliem, 12 km mērenā platuma grādos un līdz 18 km virs ekvatora.
Troposfērā ir vairāk nekā 4/5 no kopējās atmosfēras gaisa masas. Tajā visspilgtāk izpaužas dažādas laikapstākļu parādības. Ir zināms, ka palielinoties par 1 km, gaisa temperatūra šajā slānī pazeminās par vairāk nekā 6 grādiem. Tas notiek tāpēc, ka gaiss ļauj Saules stariem sasniegt Zemes virsmu, kas to sasilda. Zemei blakus esošie atmosfēras slāņi uzsilst arī no zemes virsmas.
Ziemā Zemes virsma stipri atdziest, ko veicina sniega sega, kas atstaro lielāko daļu saules staru. Šī iemesla dēļ gaiss uz Zemes virsmas izrādās aukstāks nekā augšpusē, tas ir, t.s. temperatūras inversija. Temperatūras inversija bieži tiek novērota naktī.
Vasarā Zemes virsmu spēcīgi un nevienmērīgi silda saules stari. Gaisa virpuļi paceļas uz augšu no tā visvairāk apsildāmajām zonām. Augošo gaisu nomaina gaiss no mazāk apsildāmām Zemes zonām, ko savukārt nomaina gaiss no atmosfēras augšējiem slāņiem. Rodas konvekcija, kas izraisa atmosfēras sajaukšanos vertikālā virzienā. Konvekcija palīdz izkliedēt miglu un samazina putekļu daudzumu atmosfēras apakšējā slānī.
Troposfēras augšējos slāņos 12 - 17 km augstumā, lidmašīnām pārlidojot, bieži veidojas baltas mākoņu pēdas, kas labi redzamas no liela attāluma. Šīs pēdas sauc kondensāts, vai pēdas inversijas. Galvenais kondensācijas taku cēlonis ir ūdens tvaiku kondensācija jeb sublimācija, kas atmosfērā nonāk ar gaisa kuģu dzinēju izplūdes gāzēm, jo, sadedzinot petroleju lidmašīnas dzinējā, veidojas ūdens tvaiki.
Lai dzinējā sadedzinātu 1 kg degvielas, tiek patērēti aptuveni 11 kg atmosfēras gaisa, kas rada aptuveni 12 kg izplūdes gāzu, kas satur gandrīz 1,4 kg ūdens tvaiku.
2. Stratosfēra atrodas virs troposfēras līdz 50-55 km augstumam. Tas satur mazāk nekā 20% no visa atmosfēras gaisa masas. Šajā slānī notiek neliela gāzu kustība un temperatūra paaugstinās līdz ar augstumu (līdz 0 0 C pie augšējās robežas).
Stratosfēras apakšējā daļa ir biezs aizturošs slānis, zem kura uzkrājas ūdens tvaiki, ledus kristāli un citas cietās daļiņas. Relatīvais mitrums šeit vienmēr ir tuvu 100%.
Stratosfērā atrodas ozona slānis, atstaro dzīvību postošo kosmisko starojumu un daļēji Saules ultravioletos starus. Augstākā koncentrācija ozons eksistē 15-35 km augstumā, kur brīvais skābeklis saules starojuma ietekmē pārvēršas ozonā .
3. Mezosfēra stiepjas virs stratosfēras aptuveni 50 līdz 80 km augstumā. Tas veido mazāk nekā 1% no gaisa. To raksturo temperatūras pazemināšanās, palielinoties augstumam, no aptuveni 0 ° C pie robežas ar stratosfēru līdz -90 ° C mezosfēras augšējos slāņos.
4. Jonosfēra atrodas virs mezosfēras. To raksturo ievērojams atmosfēras jonu un brīvo elektronu saturs. Jonosfērā ultravioletā un rentgena saules starojuma ietekmē notiek ļoti retināta gaisa, kā arī kosmiskā starojuma jonizācija, kas izraisa atmosfēras gāzu molekulu sadalīšanos jonos un elektronos. Īpaši intensīva jonizācija notiek augstumā no 80 līdz 400 km. Jonosfēra veicina radioviļņu izplatīšanos. Jonosfēras augšējā robeža ir Zemes magnetosfēras ārējā daļa. Jonosfēru bieži sauc termosfēra.
