(Grecki atmos - para i sphaira - kula) - skorupa powietrzna Ziemi. Atmosfera nie ma ostrej górnej granicy. Około 99,5% jego całkowitej masy koncentruje się w dolnych 80 km.
Atmosfera powstała w wyniku uwolnienia gazów o godz. Na jego powstanie wpłynęło później pojawienie się oceanów i.
Struktura atmosfery
Istnieje kilka głównych warstw, różniących się właściwościami, gęstością itp. Dolna warstwa to troposfera. Jest ogrzewany przez Ziemię, która z kolei jest ogrzewana przez Słońce. Najcieplejsze warstwy troposfery przylegają do Ziemi. Ogrzewanie maleje wraz z wysokością i spada z +14°C na poziomie morza do -55°C na górnej granicy troposfery. Naukowcy obliczyli, że temperatura spada tutaj średnio o 0,6° na każde 100 m. Wartość tę nazywa się pionowym gradientem temperatury. Grubość troposfery jest różna: wynosi 17 km, a powyżej szerokości polarnych 8-9 km. Tylko w troposferze zachodzą zjawiska takie jak powstawanie chmur, opady atmosferyczne i inne. Nad troposferą znajduje się stratosfera (do 50-55 km), oddzielona od dolnej warstwą przejściową - tropopauzą. W stratosferze powietrze jest w stanie rozrzedzonym, nie tworzą się tutaj chmury, ponieważ praktycznie nie ma ekranu wodnego. Temperatura spada wraz z wysokością, ale powyżej 25 km zaczyna rosnąć o 1-2°C na kilometr. Najwyraźniej jest to spowodowane faktem, że warstwa ozonowa pochłania i rozprasza promieniowanie słoneczne, uniemożliwiając mu dotarcie do powierzchni Ziemi. Nad stratosferą znajduje się również strefa przejściowa - stratopauza, po której następuje kolejna warstwa atmosfery - mezosfera (do 80-85 km). Powietrze jest tu jeszcze rzadsze, a temperatura wciąż rośnie. Jeszcze wyżej znajduje się warstwa zwana termosferą. Złożone reakcje chemiczne zachodzące w tych warstwach atmosfery (powyżej 50 km) powodują, że jest ona przewodząca prąd elektryczny. Ponieważ w reakcjach uwalniają się jony, górna część atmosfery, obejmująca mezosferę i termosferę, nazywana jest jonosferą. To właśnie w tych warstwach dzieje się to, co się dzieje. Powyżej 800 km znajduje się egzosfera („egzo” - zewnętrzna), tutaj cząstki gazu są bardzo rzadkie, a temperatura sięga +2000 ° C. Skład gazu w atmosferze jest badany od dawna. W 1774 roku francuski naukowiec Antoine Lavoisier zbadał główne części powietrza i ustalił obecność w nich tlenu i azotu. Następnie odkryto, że oprócz tych gazów w powietrzu znajdują się także inne gazy. Zatem powietrze jest mieszaniną gazów składającą się z następujących składników występujących na powierzchni ziemi:
- Azot - 78%
- Tlen - 21%
- Gazy obojętne - 0,94%
- Dwutlenek węgla - 0,03%
- Para wodna i zanieczyszczenia - 0,03%.
Znaczenie atmosfery w przyrodzie i życiu człowieka
- dzięki powłoce gazowej powierzchnia Ziemi nie nagrzewa się w ciągu dnia i nie wychładza się w nocy tak bardzo, jak np. powierzchnia pozbawiona atmosfery;
- atmosfera chroni Ziemię, z której większość spala się i nie dociera do powierzchni planety;
- ekran ozonowy () chroni ludzkość przed nadmiernym promieniowaniem ultrafioletowym, którego duża dawka jest szkodliwa dla organizmu;
- tlen zawarty w atmosferze jest niezbędny do oddychania wszystkim żywym organizmom.
Badanie atmosfery
Ludzkość interesuje się oceanem powietrza od dawna, ale dopiero 300-400 lat temu wynaleziono pierwsze przyrządy do badania atmosfery: termometr, wiatrowskaz. Obecnie badania gazu prowadzone są pod przewodnictwem Światowej Organizacji Meteorologicznej (WMO), która oprócz Rosji obejmuje wiele innych. Opracowano program gromadzenia i przetwarzania materiałów z wykorzystaniem najnowocześniejszych środków technicznych. Do monitorowania stanu atmosfery stworzono sieć naziemnych stacji meteorologicznych wyposażonych w różnorodne instrumenty.
Temperaturę mierzy się za pomocą termometrów; zwyczajowo mierzy się ją w stopniach Celsjusza. System ten opiera się na właściwościach fizycznych wody: w temperaturze zera stopni przechodzi w stan stały - zamarza, w temperaturze 100 stopni - w stan gazowy. Ilość opadów mierzy się za pomocą miernika opadów - pojemnika ze specjalnymi oznaczeniami na ścianach. Prędkość przepływu prądów powietrza mierzy się za pomocą wiatromierza (anemometru). Obok niego zwykle instaluje się wiatrowskaz, który wskazuje kierunek wiatru. Na lotniskach i w pobliżu mostów, gdzie może wystąpić zagrożenie, instaluje się kierunkowskazy - duże worki w kształcie stożka wykonane z tkaniny w paski, otwierane z obu stron. mierzona barometrem.
Na stacjach meteorologicznych odczyty dokonywane są co najmniej 4 razy dziennie. Automatyczne radiowe stacje meteorologiczne działają w trudno dostępnych obszarach. A w oceanach takie stacje są instalowane na pływających platformach. Wolną atmosferę bada się za pomocą radiosond – instrumentów przymocowanych do swobodnie lecących gumowych balonów wypełnionych wodorem. Gromadzą dane o stanie atmosfery na wysokościach do 30-40 km. Rakiety meteorologiczne wznoszą się jeszcze wyżej, aż do 120 km. Na pewnej wysokości część rakiety wraz z instrumentami zostaje oddzielona i zrzucona na spadochronie na powierzchnię ziemi. Aby wyjaśnić skład powietrza i zbadać warstwy znajdujące się na dużych wysokościach, stosuje się rakiety, które badają atmosferę na odległość do 500 km. Bardzo ważnych informacji o stanie atmosfery i procesach pogodowych zachodzących nad powierzchnią Ziemi dostarczają sztuczne satelity Ziemi. Ogromną wartość mają obserwacje zjawisk atmosferycznych prowadzone przez astronautów ze stacji orbitalnych w kosmosie.
Źródło wideo: AirPano.ru
zanieczyszczenie środowiska atmosfery
Powietrze atmosferyczne jest niezbędnym zasobem naturalnym. Tlen znajdujący się w atmosferze wykorzystywany jest przez organizmy żywe w procesie oddychania. Wykorzystuje się go podczas spalania dowolnego paliwa w różnych zakładach produkcyjnych i silnikach. Atmosfera jest ważnym szlakiem komunikacyjnym, którym wykorzystuje się lotnictwo.
Głównymi konsumentami powietrza w przyrodzie są flora i fauna Ziemi. Szacuje się, że cały ocean powietrza przechodzi przez organizmy lądowe w ciągu około dziesięciu lat.
Atmosferę przenika silne promieniowanie słoneczne, które reguluje reżim termiczny Ziemi i przyczynia się do redystrybucji ciepła na całym świecie. Energia promienista Słońca jest praktycznie jedynym źródłem ciepła dla powierzchni Ziemi. Energia ta jest częściowo pochłaniana przez atmosferę. Energia docierająca do Ziemi jest częściowo pochłaniana przez glebę i wodę, a częściowo odbijana od ich powierzchni do atmosfery. Nietrudno sobie wyobrazić, jaki byłby reżim temperaturowy Ziemi, gdyby nie było atmosfery: w nocy i zimą byłaby ona znacznie chłodzona pod wpływem promieniowania słonecznego, a latem i w dzień przegrzana pod wpływem promieniowania słonecznego. promieniowanie słoneczne, jak to się dzieje na Księżycu, gdzie nie ma atmosfery.
Dzięki atmosferze na Ziemi nie ma ostrych przejść od mrozu do ciepła i z powrotem. .
Gdyby Ziemia nie była otoczona atmosferą, to w ciągu jednego dnia amplituda wahań temperatury osiągnęłaby 200 C: w dzień około +100 C, w nocy około 100 C. Różnica temperatur między zimą i latem byłaby jeszcze większa . Ale dzięki atmosferze średnia temperatura Ziemi wynosi około +15 „C.
Atmosfera jest niezawodną tarczą, która chroni wszystkie organizmy żyjące na Ziemi przed niszczycielskim promieniowaniem ultrafioletowym, rentgenowskim i kosmicznym, które są częściowo rozproszone i częściowo absorbowane w jej górnych warstwach.
Atmosfera dokonuje wymiany substancji pomiędzy Ziemią a Kosmosem. Jednocześnie Ziemia traci najlżejsze gazy - wodór i hel, a otrzymuje kosmiczny pył i meteoryty. Atmosfera chroni nas przed fragmentami gwiazd. W większości przypadków meteoryty nie są większe od grochu; Pod wpływem grawitacji wpadają do atmosfery z ogromną prędkością 11-64 km/s, na skutek tarcia z powietrzem nagrzewają się i najczęściej spalają na wysokości 60-70 km od powierzchni Ziemi. Energia promienista Słońca jest praktycznie jedynym źródłem ciepła dla powierzchni Ziemi. Energia ta jest częściowo pochłaniana przez atmosferę. Energia docierająca do Ziemi jest częściowo pochłaniana przez glebę i wodę, a częściowo odbijana od ich powierzchni do atmosfery. Nietrudno sobie wyobrazić, jaki byłby reżim temperaturowy Ziemi, gdyby nie było atmosfery: w nocy i zimą byłaby ona znacznie chłodzona pod wpływem promieniowania słonecznego, a latem i w dzień przegrzana pod wpływem promieniowania słonecznego. promieniowanie słoneczne, jak to się dzieje na Księżycu, gdzie nie ma atmosfery.
Dzięki atmosferze na Ziemi nie ma ostrych przejść od mrozu do ciepła i z powrotem. Gdyby Ziemia nie była otoczona atmosferą, to w ciągu jednego dnia amplituda wahań temperatury osiągnęłaby 200 C: w dzień około +100 C, w nocy około 100 C. Różnica temperatur między zimą i latem byłaby jeszcze większa . Ale dzięki atmosferze średnia temperatura Ziemi wynosi około +15 „C.
Najważniejszą wartość ochronną ma ekran ozonowy. Znajduje się w stratosferze, na wysokości 20-50 km od powierzchni Ziemi. Całkowita ilość ozonu w atmosferze szacowana jest na 3,3 miliarda ton. Grubość tej warstwy jest stosunkowo niewielka: w normalnych warunkach od 2 mm na równiku do 4 mm na biegunach. Głównym zadaniem ekranu ozonowego jest ochrona organizmów żywych przed promieniowaniem ultrafioletowym.
Atmosfera jest niezawodną tarczą, która chroni wszystkie organizmy żyjące na Ziemi przed niszczycielskim promieniowaniem ultrafioletowym, rentgenowskim i kosmicznym, które są częściowo rozproszone i częściowo absorbowane w jej górnych warstwach. Atmosfera dokonuje wymiany substancji pomiędzy Ziemią a Kosmosem. Jednocześnie Ziemia traci najlżejsze gazy - wodór i hel, a otrzymuje kosmiczny pył i meteoryty. .
Atmosfera chroni nas przed fragmentami gwiazd. W większości przypadków meteoryty nie są większe od grochu; Pod wpływem grawitacji zderzają się z atmosferą z ogromną prędkością 11-64 km/s, na skutek tarcia z powietrzem nagrzewają się i najczęściej spalają na wysokości 60-70 km od powierzchni Ziemi. Atmosfera odgrywa dużą rolę w dystrybucji światła. Powietrze rozbija promienie słoneczne na miliony małych promieni, rozprasza je i tworzy równomierne oświetlenie, do którego jesteśmy przyzwyczajeni.
Obecność otoczki powietrznej nadaje naszemu niebu kolor niebieski, gdyż cząsteczki podstawowych pierwiastków powietrza i różnych zawartych w nim zanieczyszczeń rozpraszają głównie promienie o krótkiej długości fali, tj. niebieski, indygo, fioletowy. Czasami ze względu na obecność zanieczyszczeń w atmosferze kolor nieba nie jest czysty. W miarę wchodzenia w górę zmniejsza się gęstość i zanieczyszczenie powietrza, tj. liczba rozpraszających się cząstek powoduje, że kolor nieba staje się ciemniejszy, przechodzi w głęboki błękit, a w stratosferze w czarno-fioletowy. Atmosfera jest medium, w którym rozchodzą się dźwięki. Bez powietrza na Ziemi panowałaby cisza. Nie słyszeliśmy siebie, szumu morza, wiatru, lasu itp. .
Jonosfera ułatwia transmisję sygnałów radiowych i propagację fal radiowych.
Przez długi czas uważano, że powietrze nie ma masy. Dopiero w XVII wieku udowodniono, że masa 1 m 3 suchego powietrza, zważona na poziomie morza w temperaturze 0 ° C, wynosi 1293 g, a na każdy centymetr kwadratowy powierzchni ziemi przypada 1033 g powietrza.
Na dłoń człowieka działa ciśnienie powietrza z siłą około 1471 N, a na całe ciało ludzkie z siłą 1471 * 103 N. Nie zauważamy tej grawitacji tylko dlatego, że wszystkie tkanki naszego ciała również są nasycony powietrzem, które równoważy ciśnienie zewnętrzne. Kiedy ta równowaga zostaje zaburzona, nasze samopoczucie ulega pogorszeniu: przyspiesza puls, pojawia się letarg, obojętność itp. Te same odczucia odczuwa się, wspinając się w góry lub nurkując na duże głębokości, a także podczas startu i lądowania samolotu. Na górze spada ciśnienie powietrza i jego masa: na wysokości 20 km masa 1 m 3 powietrza wynosi 43 g, a na wysokości 40 km - 4 g. Energia promieniowania Słońca jest praktycznie równa jedyne źródło ciepła dla powierzchni Ziemi. Energia ta jest częściowo pochłaniana przez atmosferę. Energia docierająca do Ziemi jest częściowo pochłaniana przez glebę i wodę, a częściowo odbijana od ich powierzchni do atmosfery. Nietrudno sobie wyobrazić, jaki byłby reżim temperaturowy Ziemi, gdyby nie było atmosfery: w nocy i zimą byłaby ona znacznie chłodzona pod wpływem promieniowania słonecznego, a latem i w dzień przegrzana pod wpływem promieniowania słonecznego. promieniowanie słoneczne, jak to się dzieje na Księżycu, gdzie nie ma atmosfery.
Wszystkie procesy zachodzące w atmosferze realizowane są przy wykorzystaniu energii Słońca. Dzięki niemu co roku z powierzchni Ziemi wyparowują miliardy ton wody. Atmosfera działa jako redystrybucja wilgoci na kuli ziemskiej.
Właściwości fizyczne i stan atmosfery zmieniają się: 1) w czasie – w ciągu dnia, pór roku, lat; 2) w przestrzeni kosmicznej – w zależności od wysokości nad poziomem morza, szerokości geograficznej obszaru i odległości od oceanu.
Atmosfera zawsze zawiera pewną ilość zanieczyszczeń. Źródła zanieczyszczeń mogą być naturalne lub sztuczne. Źródła naturalne obejmują: pyły (pochodzenia roślinnego, wulkanicznego i kosmicznego), burze piaskowe, cząstki soli morskiej, produkty wietrzenia, mgłę, dym i gazy z pożarów lasów i stepów, różne produkty pochodzenia roślinnego, zwierzęcego i mikrobiologicznego itp. Źródła naturalne zanieczyszczonej atmosfery stanowi tak groźne zjawisko naturalne, jak erupcje wulkanów. Zwykle jest to katastrofalne. Podczas erupcji wulkanów do atmosfery uwalniane są ogromne ilości gazów, pary wodnej, cząstek stałych, popiołu i pyłu; dochodzi do termicznego skażenia atmosfery, w wyniku uwalniania do powietrza silnie ogrzanych substancji. .
Ich temperatura jest taka, że spalają wszystko na swojej drodze. Po ustaniu aktywności wulkanicznej stopniowo przywracana jest ogólna równowaga gazów w atmosferze.
Duże pożary lasów i stepów znacznie zanieczyszczają atmosferę. Najczęściej występują w latach suchych. Dym z pożarów rozprzestrzenia się na rozległych obszarach. Burze piaskowe powstają w wyniku przenoszenia drobnych cząstek gleby uniesionych z powierzchni ziemi przez silne wiatry. Silne wiatry - tornada, huragany - również unoszą w powietrze duże fragmenty skał, ale nie utrzymują się one długo w powietrzu. Podczas silnych burz w powietrze unosi się nawet 50 milionów ton pyłu. Przyczynami burz piaskowych są susza, gorące wiatry, które powstają na skutek intensywnej orki, wypasu i niszczenia lasów. Burze piaskowe występują najczęściej na obszarach stepowych, półpustynnych i pustynnych. Katastrofalne zdarzenia związane z erupcjami wulkanów, pożarami i burzami piaskowymi prowadzą do pojawienia się wokół Ziemi tarczy świetlnej, która w pewnym stopniu zmienia równowagę termiczną planety. Jednak w większości zjawiska te mają charakter lokalny. Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego związane z wietrzeniem i rozkładem materii organicznej mają bardzo niewielki charakter lokalny. .
Naturalne źródła zanieczyszczeń mogą być rozproszone, takie jak pył kosmiczny, lub krótkotrwałe spontaniczne, na przykład pożary lasów i stepów, erupcje wulkanów itp. Poziom zanieczyszczeń atmosfery ze źródeł naturalnych ma charakter tła i niewiele zmienia się w czasie. Najbardziej niebezpieczne dla atmosfery są sztuczne zanieczyszczenia. Najbardziej stabilne strefy o wysokich stężeniach zanieczyszczeń występują w miejscach aktywnej działalności człowieka. Zanieczyszczenia antropogeniczne charakteryzują się różnorodnością typów i licznymi źródłami. Naturalnymi źródłami zanieczyszczeń powietrza są tak groźne zjawiska naturalne, jak erupcje wulkanów. Zwykle jest to katastrofalne. Podczas erupcji wulkanów do atmosfery uwalniane są ogromne ilości gazów, pary wodnej, cząstek stałych, popiołu i pyłu; dochodzi do termicznego skażenia atmosfery, w wyniku uwalniania do powietrza silnie ogrzanych substancji. Ich temperatura jest taka, że spalają wszystko na swojej drodze. Po ustaniu aktywności wulkanicznej stopniowo przywracana jest ogólna równowaga gazów w atmosferze. .
Problem zanieczyszczenia powietrza nie jest nowy. Ponad dwa wieki temu poważnym problemem stało się zanieczyszczenie powietrza w dużych ośrodkach przemysłowych w wielu krajach europejskich. Przez długi czas zanieczyszczenia te miały jednak charakter lokalny. Dym i sadza zanieczyszczały stosunkowo niewielkie obszary atmosfery i łatwo ulegały rozcieńczeniu masą czystego powietrza w czasach, gdy fabryk było niewiele i stosowanie pierwiastków chemicznych było ograniczone. Jeśli na początku XX w. W przemyśle stosowano 19 pierwiastków chemicznych, w połowie stulecia używano już około 50 pierwiastków, obecnie wykorzystuje się prawie wszystkie pierwiastki układu okresowego. Miało to istotny wpływ na skład emisji przemysłowych i doprowadziło do jakościowo nowego zanieczyszczenia atmosfery aerozolami metali ciężkich i rzadkich, związkami syntetycznymi, nieistniejącymi i niewystępującymi w przyrodzie substancjami radioaktywnymi, rakotwórczymi, bakteriologicznymi i innymi.
Szybki rozwój przemysłu i transportu spowodował, że takich ilości emisji nie można już odprowadzać. Ich stężenie wzrasta, co pociąga za sobą niebezpieczne, a nawet śmiertelne skutki dla biosfery. Problem ten nasilił się szczególnie w drugiej połowie XX wieku, a więc w okresie rewolucji naukowo-technicznej, charakteryzującej się niezwykle wysokim tempem wzrostu produkcji przemysłowej, wytwarzania i zużycia energii elektrycznej, produkcji i wykorzystania dużej liczby urządzeń pojazdy.
Głównym źródłem zanieczyszczeń powietrza jest przemysł, transport samochodowy oraz wytwarzanie energii cieplnej i energetycznej. Ponadto ich udział w zanieczyszczeniach powietrza rozkłada się następująco: hutnictwo żelaza i metali nieżelaznych, produkcja ropy naftowej, petrochemia, produkcja materiałów budowlanych, przemysł chemiczny – 30%; energetyka cieplna – 30, transport samochodowy – 40%.
Do najczęściej występujących substancji toksycznych zanieczyszczających atmosferę zalicza się: tlenek węgla CO, dwutlenek siarki SO 2, dwutlenek węgla CO 2, tlenki azotu NO x, węglowodory C p N m oraz pyły. Przybliżony względny skład substancji szkodliwych w atmosferze dużych miast przemysłowych wynosi: CO - 45%, SO - 18%, CH - 15%, pył - 12%. .
Oprócz tych substancji w zanieczyszczonym powietrzu atmosferycznym znajdują się także inne, bardziej toksyczne substancje, ale w mniejszych ilościach. Na przykład emisje wentylacyjne z fabryk przemysłu elektronicznego zawierają opary kwasów fluorowodorowych, siarkowych, chromowych i innych kwasów mineralnych, rozpuszczalników organicznych itp. Obecnie istnieje ponad 500 szkodliwych substancji zanieczyszczających atmosferę, a ich liczba rośnie. Najbardziej niebezpieczne dla atmosfery są sztuczne zanieczyszczenia. Najbardziej stabilne strefy o wysokich stężeniach zanieczyszczeń występują w miejscach aktywnej działalności człowieka. Zanieczyszczenia antropogeniczne charakteryzują się różnorodnością typów i licznymi źródłami. Naturalnymi źródłami zanieczyszczeń powietrza są tak groźne zjawiska naturalne, jak erupcje wulkanów. Zwykle jest to katastrofalne. Podczas erupcji wulkanów do atmosfery uwalniane są ogromne ilości gazów, pary wodnej, cząstek stałych, popiołu i pyłu; dochodzi do termicznego skażenia atmosfery, w wyniku uwalniania do powietrza silnie ogrzanych substancji. Ich temperatura jest taka, że spalają wszystko na swojej drodze. Po ustaniu aktywności wulkanicznej stopniowo przywracana jest ogólna równowaga gazów w atmosferze.
Rola atmosfery w życiu Ziemi
Atmosfera to gazowa powłoka otaczająca planetę Ziemia. Jego wewnętrzna powierzchnia pokrywa hydrosferę i częściowo skorupę ziemską, natomiast zewnętrzna powierzchnia graniczy z bliską Ziemi częścią przestrzeni kosmicznej.
Zbiór działów fizyki i chemii zajmujących się badaniem atmosfery nazywany jest zwykle fizyką atmosfery. Atmosfera determinuje pogodę na powierzchni Ziemi, meteorologia bada pogodę, a klimatologia zajmuje się długoterminowymi zmianami klimatu.
Już na wysokości 5 km nad poziomem morza nieprzeszkolona osoba zaczyna odczuwać głód tlenu i bez adaptacji wydajność osoby jest znacznie zmniejszona. Tutaj kończy się strefa fizjologiczna atmosfery. Oddychanie człowieka staje się niemożliwe na wysokości 9 km, chociaż do około 115 km atmosfera zawiera tlen.
Atmosfera dostarcza nam tlenu niezbędnego do oddychania. Jednakże, ze względu na spadek całkowitego ciśnienia atmosfery, w miarę wznoszenia się na wysokość, ciśnienie cząstkowe tlenu odpowiednio maleje.
Płuca człowieka stale zawierają około 3 litrów powietrza pęcherzykowego. Ciśnienie cząstkowe tlenu w powietrzu pęcherzykowym przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym wynosi 110 mmHg. Art., ciśnienie dwutlenku węgla - 40 mm Hg. Art. i para wodna - 47 mm Hg. Sztuka. Wraz ze wzrostem wysokości ciśnienie tlenu spada, a całkowite ciśnienie pary wody i dwutlenku węgla w płucach pozostaje prawie stałe - około 87 mm Hg. Sztuka. Dopływ tlenu do płuc zostanie całkowicie zatrzymany, gdy ciśnienie powietrza otoczenia zrówna się z tą wartością.
Na wysokości około 19-20 km ciśnienie atmosferyczne spada do 47 mm Hg. Sztuka. Dlatego na tej wysokości w organizmie człowieka zaczyna wrzeć woda i płyn śródmiąższowy. Poza kabiną ciśnieniową na tych wysokościach śmierć następuje niemal natychmiast. Zatem z punktu widzenia fizjologii człowieka „przestrzeń” zaczyna się już na wysokości 15–19 km.
Gęste warstwy powietrza – troposfera i stratosfera – chronią nas przed szkodliwym działaniem promieniowania. Przy wystarczającym rozrzedzeniu powietrza, na wysokościach ponad 36 km, promieniowanie jonizujące - pierwotne promienie kosmiczne - wywiera intensywny wpływ na organizm; Na wysokościach powyżej 40 km ultrafioletowa część widma słonecznego jest niebezpieczna dla człowieka. atmosfera, tlen, promieniowanie stratosfery
W miarę wznoszenia się na coraz większą wysokość nad powierzchnią Ziemi znane zjawiska obserwowane w dolnych warstwach atmosfery, takie jak rozchodzenie się dźwięku, występowanie siły nośnej i oporu aerodynamicznego, przenoszenie ciepła przez konwekcję itp. stopniowo słabną, a następnie całkowicie zanikają.
W rozrzedzonych warstwach powietrza rozchodzenie się dźwięku jest niemożliwe. Do wysokości 60-90 km nadal możliwe jest wykorzystanie oporu powietrza i siły nośnej do kontrolowanego lotu aerodynamicznego.
Jednak począwszy od wysokości 100-130 km znane każdemu pilotowi pojęcia liczby M i bariery dźwiękowej tracą na znaczeniu: leży konwencjonalna linia Karmana, za którą zaczyna się obszar lotu czysto balistycznego, który może jedynie być kontrolowane za pomocą sił reakcji.
Na wysokościach powyżej 100 km atmosfera pozbawiona jest jeszcze jednej niezwykłej właściwości – zdolności pochłaniania, przewodzenia i przekazywania energii cieplnej na drodze konwekcji (czyli mieszania powietrza). Oznacza to, że różnych elementów wyposażenia orbitalnej stacji kosmicznej nie będzie można schłodzić od zewnątrz w taki sam sposób, jak ma to miejsce zwykle w samolocie – za pomocą dysz i grzejników powietrznych. Na tej wysokości, podobnie jak w kosmosie, jedynym sposobem przekazywania ciepła jest promieniowanie cieplne.
Świat wokół nas składa się z trzech bardzo różnych części: ziemi, wody i powietrza. Każdy z nich jest wyjątkowy i ciekawy na swój sposób. Teraz porozmawiamy tylko o ostatnim z nich. Co to jest atmosfera? Jak to się stało? Z czego się składa i na jakie części jest podzielony? Wszystkie te pytania są niezwykle interesujące.
Sama nazwa „atmosfera” powstała z połączenia dwóch słów pochodzenia greckiego, które w tłumaczeniu na język rosyjski oznaczają „parę” i „kulę”. A jeśli spojrzysz na dokładną definicję, możesz przeczytać, co następuje: „Atmosfera to powłoka powietrzna planety Ziemia, która pędzi wraz z nią w przestrzeni kosmicznej”. Rozwijał się równolegle z procesami geologicznymi i geochemicznymi zachodzącymi na planecie. A dziś od tego zależą wszystkie procesy zachodzące w organizmach żywych. Bez atmosfery planeta stałaby się pustynią pozbawioną życia, podobnie jak Księżyc.
Z czego to się składa?
Pytanie, czym jest atmosfera i jakie elementy się w niej zawiera, interesuje ludzi od dawna. Główne elementy tej muszli znane były już w 1774 roku. Zainstalował je Antoine Lavoisier. Odkrył, że skład atmosfery składa się głównie z azotu i tlenu. Z biegiem czasu jego komponenty były udoskonalane. A teraz wiadomo, że zawiera wiele innych gazów, a także wodę i pył.
Przyjrzyjmy się bliżej temu, co składa się na atmosferę ziemską w pobliżu jej powierzchni. Najpopularniejszym gazem jest azot. Zawiera nieco ponad 78 proc. Ale pomimo tak dużej ilości azot jest praktycznie nieaktywny w powietrzu.
Następnym ilościowo i bardzo ważnym pierwiastkiem jest tlen. Gaz ten zawiera prawie 21% i wykazuje bardzo dużą aktywność. Jego specyficzną funkcją jest utlenianie martwej materii organicznej, która w wyniku tej reakcji ulega rozkładowi.
Niskie, ale ważne gazy
Trzecim gazem wchodzącym w skład atmosfery jest argon. To trochę mniej niż jeden procent. Potem następuje dwutlenek węgla z neonem, hel z metanem, krypton z wodorem, ksenon, ozon, a nawet amoniak. Ale jest ich tak mało, że procent takich składników jest równy setnym, tysięcznym i milionowym. Spośród nich tylko dwutlenek węgla odgrywa znaczącą rolę, ponieważ jest to materiał budowlany potrzebny roślinom do fotosyntezy. Jego inną ważną funkcją jest blokowanie promieniowania i pochłanianie części ciepła słonecznego.
Inny mały, ale ważny gaz, ozon, istnieje, aby wychwytywać promieniowanie ultrafioletowe pochodzące ze Słońca. Dzięki tej właściwości całe życie na planecie jest niezawodnie chronione. Z drugiej strony ozon wpływa na temperaturę stratosfery. Powietrze nagrzewa się, ponieważ pochłania to promieniowanie.
Stałość składu ilościowego atmosfery utrzymywana jest poprzez ciągłe mieszanie. Jego warstwy poruszają się zarówno w poziomie, jak i w pionie. Dlatego w dowolnym miejscu na świecie jest wystarczająca ilość tlenu i nie ma nadmiaru dwutlenku węgla.
Co jeszcze wisi w powietrzu?
Należy zauważyć, że w przestrzeni powietrznej można znaleźć parę i pył. Te ostatnie składają się z pyłków i cząstek gleby, w mieście łączą się z nimi zanieczyszczenia stałe pochodzące ze spalin.
Ale w atmosferze jest dużo wody. W pewnych warunkach skrapla się i pojawiają się chmury i mgła. W istocie są to te same rzeczy, tylko te pierwsze pojawiają się wysoko nad powierzchnią Ziemi, a ostatnie rozprzestrzeniają się wzdłuż niej. Chmury przybierają różne kształty. Proces ten zależy od wysokości nad Ziemią.
Jeśli utworzyły się 2 km nad lądem, nazywa się je warstwowymi. To od nich deszcz leje na ziemię lub pada śnieg. Nad nimi tworzą się chmury cumulusowe do wysokości 8 km. Zawsze są najpiękniejsze i najbardziej malownicze. To oni na nie patrzą i zastanawiają się, jak wyglądają. Jeśli takie formacje pojawią się w ciągu najbliższych 10 km, będą bardzo jasne i przewiewne. Ich imię jest pierzaste.
Na jakie warstwy podzielona jest atmosfera?
Chociaż mają bardzo różne temperatury od siebie, bardzo trudno jest określić, na jakiej konkretnej wysokości zaczyna się jedna warstwa, a kończy druga. Podział ten jest bardzo warunkowy i przybliżony. Jednak warstwy atmosfery nadal istnieją i spełniają swoje funkcje.
Najniższa część powłoki powietrznej nazywana jest troposferą. Jego grubość wzrasta w miarę przemieszczania się od biegunów do równika z 8 do 18 km. Jest to najcieplejsza część atmosfery, ponieważ znajdujące się w niej powietrze jest podgrzewane przez powierzchnię ziemi. Większość pary wodnej koncentruje się w troposferze, dlatego tworzą się chmury, spadają opady, grzmią burze i wieją wiatry.
Następna warstwa ma grubość około 40 km i nazywa się stratosferą. Jeśli obserwator przemieści się w tę część powietrza, odkryje, że niebo stało się fioletowe. Wyjaśnia to niska gęstość substancji, która praktycznie nie rozprasza promieni słonecznych. To w tej warstwie latają samoloty odrzutowe. Wszystkie otwarte przestrzenie są dla nich otwarte, ponieważ praktycznie nie ma chmur. Wewnątrz stratosfery znajduje się warstwa składająca się z dużych ilości ozonu.
Potem następuje stratopauza i mezosfera. Ta ostatnia ma grubość około 30 km. Charakteryzuje się gwałtownym spadkiem gęstości i temperatury powietrza. Niebo wydaje się obserwatorowi czarne. Tutaj możesz nawet oglądać gwiazdy w ciągu dnia.
Warstwy, w których praktycznie nie ma powietrza
Strukturę atmosfery kontynuuje warstwa zwana termosferą - najdłuższa ze wszystkich, jej grubość sięga 400 km. Warstwa ta wyróżnia się ogromną temperaturą, która może sięgać 1700°C.
Dwie ostatnie sfery często łączy się w jedną i nazywa się jonosferą. Wynika to z faktu, że zachodzą w nich reakcje z uwolnieniem jonów. To właśnie te warstwy umożliwiają obserwację tak naturalnego zjawiska, jak zorza polarna.
Kolejne 50 km od Ziemi przypada na egzosferę. To jest zewnętrzna powłoka atmosfery. Rozprasza cząsteczki powietrza w przestrzeń. Satelity pogodowe zwykle poruszają się w tej warstwie.
Atmosfera ziemska kończy się na magnetosferze. To ona chroniła większość sztucznych satelitów planety.
Po tym wszystkim, co zostało powiedziane, nie powinno być już pytań o atmosferę. Jeśli masz wątpliwości co do jego konieczności, możesz je łatwo rozwiać.
Znaczenie atmosfery
Główną funkcją atmosfery jest ochrona powierzchni planety przed przegrzaniem w ciągu dnia i nadmiernym ochłodzeniem w nocy. Kolejnym ważnym celem tej skorupy, którego nikt nie kwestionuje, jest dostarczanie tlenu wszystkim żywym istotom. Bez tego udusiliby się.
Większość meteorytów spala się w górnych warstwach, nigdy nie docierając do powierzchni Ziemi. A ludzie mogą podziwiać latające światła, myląc je ze spadającymi gwiazdami. Bez atmosfery cała Ziemia byłaby usiana kraterami. A ochrona przed promieniowaniem słonecznym została już omówiona powyżej.
Jak człowiek wpływa na atmosferę?
Bardzo negatywne. Dzieje się tak ze względu na rosnącą aktywność człowieka. Główna część wszystkich negatywnych aspektów spada na przemysł i transport. Swoją drogą, to właśnie samochody emitują niemal 60% wszystkich substancji zanieczyszczających, które przedostają się do atmosfery. Pozostałych czterdzieści dzieli się na energetykę i przemysł oraz utylizację odpadów.
Lista szkodliwych substancji, które codziennie uzupełniają powietrze, jest bardzo długa. W wyniku transportu w atmosferze powstają: azot i siarka, węgiel, błękit i sadza, a także silny czynnik rakotwórczy powodujący raka skóry - benzopiren.
Przemysł przetwarza następujące pierwiastki chemiczne: dwutlenek siarki, węglowodory i siarkowodór, amoniak i fenol, chlor i fluor. Jeśli proces będzie kontynuowany, wkrótce pojawią się odpowiedzi na pytania: „Jaka jest atmosfera? Z czego to się składa? będzie zupełnie inaczej.
6.2. Znaczenie i struktura atmosfery
Jeśli wodę, której od dawna brakowało, nazwano „zasobem życia”, to o powietrzu pamiętano tylko w naszej zurbanizowanej epoce. Pamiętajmy, że bez jedzenia człowiek może przeżyć kilkadziesiąt dni, natomiast bez powietrza – tylko do 5-7 minut. Ponadto ludzie potrzebują czystego powietrza, którego szczególnie w miastach i ośrodkach przemysłowych brakuje.
Znaczenie atmosfery. Powietrze atmosferyczne jest najważniejszym zasobem naturalnym miejsce docelowe ( dla Ziemi i ludzkości ):
Dostarczaj ludziom, florze i faunie niezbędne pierwiastki gazowe (tlen, dwutlenek węgla);
Łagodzić zmiany temperatury (powietrze jest złym przewodnikiem ciepła i zimna), tj. zapewnić termoregulację na planecie;
Chronić powierzchnię Ziemi przed promieniowaniem kosmicznym, promieniowaniem i ultrafioletowym promieniowaniem słonecznym;
Chroń Ziemię przed meteorytami i innymi ciałami kosmicznymi, których przeważająca masa spala się w atmosferze;
Zaopatrzenie przemysłowych procesów antropogenicznych w tlen, azot, wodór i gazy obojętne.
Atmosfera „ogrzewa” naszą planetę pochłaniając ciepło emitowane przez Ziemię w przestrzeń kosmiczną i częściowo oddając je w postaci przeciwpromieniowania. Atmosfera rozprasza promienie słoneczne, powodując stopniowe przejście od światła do cienia (zmierzch). W nocy emituje promienie świetlne i służy jako źródło oświetlenia powierzchni ziemi.
Nocna poświata atmosfery (luminescencja) to poświata rozrzedzonych gazów powietrza na wysokościach od 80 do 300 km. Zapewnia 40–45% całkowitego oświetlenia powierzchni Ziemi w bezksiężycową noc, przy czym światło gwiazd stanowi około 30%, a światło rozproszone przez pył międzygwiazdowy – pozostałe 25–30%. Zorza polarna to rodzaj blasku atmosferycznego. Na Ziemi obserwuje się je na dużych szerokościach geograficznych tylko w nocy, przy braku chmur. Z kosmosu zorze są zawsze widoczne, a jednocześnie na dużych obszarach.
Struktura atmosfery. Atmosfera składa się z kilku warstw - kul, pomiędzy którymi nie ma wyraźnie określonych granic.
1. Troposfera - dolna główna warstwa atmosfery. Jest najlepiej zbadany. Wysokość troposfery sięga 10 km nad biegunami, 12 km w umiarkowanych szerokościach geograficznych i do 18 km nad równikiem.
Troposfera zawiera ponad 4/5 całkowitej masy powietrza atmosferycznego. Najwyraźniej manifestują się w nim różne zjawiska pogodowe. Wiadomo, że przy wzroście o 1 km temperatura powietrza w tej warstwie spada o ponad 6 stopni. Dzieje się tak, ponieważ powietrze przepuszcza promienie słoneczne do powierzchni Ziemi, które ją podgrzewają. Warstwy atmosfery przylegające do Ziemi również nagrzewają się od powierzchni Ziemi.
Zimą powierzchnia Ziemi znacznie się ochładza, czemu sprzyja pokrywa śnieżna, która odbija większość promieni słonecznych. Z tego powodu powietrze na powierzchni Ziemi okazuje się zimniejsze niż na górze, czyli tzw. inwersja temperatury. Inwersję temperatury często obserwuje się w nocy.
Latem powierzchnia Ziemi jest silnie i nierównomiernie nagrzewana przez promienie słoneczne. Wiry powietrzne wznoszą się w górę z najbardziej nagrzanych obszarów. Unoszące się powietrze zostaje zastąpione powietrzem z mniej nagrzanych obszarów Ziemi, które z kolei zostaje zastąpione powietrzem z górnych warstw atmosfery. Powstaje konwekcja, co powoduje mieszanie atmosfery w kierunku pionowym. Konwekcja pomaga rozproszyć mgłę i redukuje kurz w niższych warstwach atmosfery.
W górnych warstwach troposfery, na wysokości 12 - 17 km, kiedy przelatują samoloty, często tworzą się smugi białych chmur, dobrze widoczne z dużej odległości. Te ślady to tzw kondensacja lub ślady inwersje. Główną przyczyną smug kondensacyjnych jest kondensacja, czyli sublimacja pary wodnej dostającej się do atmosfery wraz ze spalinami silników lotniczych, ponieważ podczas spalania nafty w silniku lotniczym powstaje para wodna.
Na spalenie 1 kg paliwa w silniku zużywa się około 11 kg powietrza atmosferycznego, co powoduje powstanie około 12 kg spalin zawierających prawie 1,4 kg pary wodnej.
2. Stratosfera położony nad troposferą na wysokości 50-55 km. Zawiera mniej niż 20% masy całego powietrza atmosferycznego. W warstwie tej następuje niewielki ruch gazów, a temperatura wzrasta wraz z wysokością (do 0 0 C na górnej granicy).
Dolna część stratosfery to gruba warstwa zatrzymująca, pod którą gromadzi się para wodna, kryształki lodu i inne cząstki stałe. Wilgotność względna jest tu zawsze bliska 100%.
W stratosferze usytuowany warstwa ozonowa, odbijające niszczące życie promieniowanie kosmiczne i częściowo promienie ultrafioletowe Słońca. Najwyższe stężenie ozon występuje na wysokości 15-35 km, gdzie pod wpływem promieniowania słonecznego wolny tlen przekształca się w ozon .
3. Mezosfera rozciąga się nad stratosferą na wysokości około 50 do 80 km. Stanowi mniej niż 1% powietrza. Charakteryzuje się spadkiem temperatury wraz ze wzrostem wysokości, od około 0°C na granicy ze stratosferą do -90°C w górnych warstwach mezosfery.
4. Jonosfera znajduje się nad mezosferą. Charakteryzuje się znaczną zawartością jonów atmosferycznych i wolnych elektronów. W jonosferze pod wpływem ultrafioletowego i rentgenowskiego promieniowania słonecznego dochodzi do jonizacji wysokorozrzedzonego powietrza, a także promieniowania kosmicznego, które powoduje rozkład cząsteczek gazów atmosferycznych na jony i elektrony. Jonizacja jest szczególnie intensywna na wysokościach od 80 do 400 km. Jonosfera ułatwia propagację fal radiowych. Górna granica jonosfery to zewnętrzna część magnetosfery Ziemi. Często nazywana jest jonosferą termosfera.
