Zemes atmosfēra ir mūsu planētas gāzveida apvalks. Tās apakšējā robeža iet zemes garozas un hidrosfēras līmenī, bet augšējā robeža iet uz kosmosa tuvējo zemi. Atmosfērā ir aptuveni 78% slāpekļa, 20% skābekļa, līdz 1% argona, oglekļa dioksīda, ūdeņraža, hēlija, neona un dažas citas gāzes.
Šai zemes čaulai raksturīgi izteikti pakaiši. Atmosfēras slāņus nosaka vertikālais temperatūras sadalījums un dažādi gāzu blīvumi dažādos līmeņos. Ir tādi Zemes atmosfēras slāņi: troposfēra, stratosfēra, mezosfēra, termosfēra, eksosfēra. Jonosfēra tiek izdalīta atsevišķi.
Līdz 80% no kopējās atmosfēras masas ir troposfēra – atmosfēras apakšējais virsmas slānis. Troposfēra polārajās zonās atrodas līmenī līdz 8-10 km virs zemes virsmas, tropu zonā - maksimāli līdz 16-18 km. Starp troposfēru un pārklājošo stratosfēras slāni atrodas tropopauze - pārejas slānis. Troposfērā temperatūra pazeminās, palielinoties augstumam, tāpat atmosfēras spiediens samazinās līdz ar augstumu. Vidējais temperatūras gradients troposfērā ir 0,6 ° C uz 100 m. Temperatūru dažādos šī apvalka līmeņos nosaka absorbcijas pazīmes saules radiācija un konvekcijas efektivitāte. Gandrīz visa cilvēka darbība notiek troposfērā. Augstākie kalni nesniedzas tālāk par troposfēru, tikai gaisa transports var šķērsot šī apvalka augšējo robežu līdz nelielam augstumam un atrasties stratosfērā. Liela daļa ūdens tvaiku atrodas troposfērā, kas nosaka gandrīz visu mākoņu veidošanos. Tāpat gandrīz visi aerosoli (putekļi, dūmi u.c.), kas veidojas uz zemes virsmas, ir koncentrēti troposfērā. Troposfēras apakšējā robežslānī izpaužas ikdienas temperatūras un gaisa mitruma svārstības, vēja ātrums parasti tiek samazināts (tas palielinās, palielinoties augstumam). Troposfērā ir mainīgs gaisa masas sadalījums gaisa masās horizontālā virzienā, kas atšķiras pēc vairākiem raksturlielumiem atkarībā no jostas un to veidošanās reljefa. Atmosfēras frontēs - robežās starp gaisa masām - veidojas cikloni un anticikloni, kas nosaka laikapstākļus noteiktā apvidū uz noteiktu laika periodu.
Stratosfēra ir atmosfēras slānis starp troposfēru un mezosfēru. Šī slāņa robežas svārstās no 8-16 km līdz 50-55 km virs Zemes virsmas. Stratosfērā gaisa gāzu sastāvs ir aptuveni tāds pats kā troposfērā. Atšķirīga iezīme ir ūdens tvaiku koncentrācijas samazināšanās un ozona satura palielināšanās. Ozona slānis atmosfēra, kas aizsargā biosfēru no ultravioletās gaismas agresīvās iedarbības, ir 20 līdz 30 km līmenī. Stratosfērā temperatūra paaugstinās līdz ar augstumu, un temperatūras vērtības nosaka saules starojums, nevis konvekcija (gaisa masu kustības), kā tas ir troposfērā. Gaisa sildīšana stratosfērā notiek absorbcijas dēļ ultravioletais starojums ozons.
Mezosfēra stiepjas virs stratosfēras līdz 80 km līmenim. Šim atmosfēras slānim ir raksturīgs fakts, ka temperatūra pazeminās, palielinoties augstumam no 0 ° C līdz - 90 ° C. Šis ir atmosfēras aukstākais reģions.
Virs mezosfēras atrodas termosfēra līdz 500 km līmenim. No robežas ar mezosfēru līdz eksosfērai temperatūra mainās no aptuveni 200 K līdz 2000 K. Līdz 500 km līmenim gaisa blīvums samazinās vairākus simtus tūkstošu reižu. Termosfēras atmosfēras komponentu relatīvais sastāvs ir līdzīgs troposfēras virsmas slānim, taču, palielinoties augstumam, lielāks skābekļa daudzums nonāk atomu stāvoklī. Noteikta daļa termosfēras molekulu un atomu atrodas jonizētā stāvoklī un ir sadalīti vairākos slāņos, tos vieno jonosfēras jēdziens. Termosfēras īpašības atšķiras plašā diapazonā atkarībā no ģeogrāfiskais platums, saules starojuma lielums, gada un diennakts laiks.
Augšējā atmosfēra ir eksosfēra. Šis ir plānākais atmosfēras slānis. Eksosfērā daļiņu vidējie brīvie ceļi ir tik milzīgi, ka daļiņas var brīvi pārvietoties starpplanētu telpā. Eksosfēras masa ir viena desmit miljonā daļa no kopējās atmosfēras masas. Eksosfēras apakšējā robeža ir 450-800 km līmenī, bet augšējā robeža ir apgabals, kurā daļiņu koncentrācija ir tāda pati kā kosmosā - vairākus tūkstošus kilometru no Zemes virsmas. Eksosfēru veido plazma - jonizēta gāze. Arī eksosfērā atrodas mūsu planētas radiācijas jostas.
Video prezentācija - Zemes atmosfēras slāņi:
Saistītie materiāli:
Zemes atmosfēras uzbūve
Atmosfēra ir Zemes gāzveida apvalks ar tajā esošajām aerosola daļiņām, kas pārvietojas kopā ar Zemi pasaules telpā kopumā un vienlaikus piedalās Zemes rotēšanā. Atmosfēras apakšā galvenokārt notiek mūsu dzīve.
Gandrīz visas mūsu planētas Saules sistēma bet tikai zemes atmosfēra spēj uzturēt dzīvību.
Kad mūsu planēta veidojās pirms 4,5 miljardiem gadu, šķiet, ka tai nebija atmosfēras. Atmosfēra veidojusies vulkānisko ūdens tvaiku emisiju rezultātā ar oglekļa dioksīda, slāpekļa u.c. ķīmiskās vielas no jaunās planētas iekšām. Bet atmosfērā var būt ierobežots mitruma daudzums, tāpēc tā pārpalikums kondensācijas rezultātā radīja okeānus. Bet tad atmosfērā tika atņemts skābeklis. Pirmie dzīvie organismi, kas radās un attīstījās okeānā, fotosintēzes reakcijas (H 2 O + CO 2 = CH 2 O + O 2) rezultātā sāka izdalīt nelielas skābekļa porcijas, kas sāka nonākt atmosfērā.
Skābekļa veidošanās Zemes atmosfērā izraisīja ozona slāņa veidošanos aptuveni 8 - 30 km augstumā. Un līdz ar to mūsu planēta ir ieguvusi aizsardzību pret ultravioleto staru pētījumu postošo ietekmi. Šis apstāklis kalpoja par stimulu dzīvības formu tālākai attīstībai uz Zemes, jo Pastiprinātās fotosintēzes rezultātā skābekļa daudzums atmosfērā sāka strauji pieaugt, kas veicināja dzīvības formu veidošanos un uzturēšanu, arī uz sauszemes.
Mūsdienās mūsu atmosfērā ir 78,1% slāpekļa, 21% skābekļa, 0,9% argona, 0,04% oglekļa dioksīda. Neons, hēlijs, metāns un kriptons veido ļoti mazas frakcijas salīdzinājumā ar galvenajām gāzēm.
Atmosfērā esošās gāzes daļiņas ietekmē Zemes gravitācijas spēks. Un, ņemot vērā to, ka gaiss ir saspiests, tā blīvums pakāpeniski samazinās līdz ar augstumu, nonākot kosmosā bez skaidras robežas. Puse no visas Zemes atmosfēras masas ir koncentrēta zemākajos 5 km, trīs ceturtdaļas - zemākajos 10 km, deviņas desmitdaļas - zemākajos 20 km. 99% no Zemes atmosfēras masas ir koncentrēti zem 30 km augstuma, un tas ir tikai 0,5% no mūsu planētas ekvatoriālā rādiusa.
Jūras līmenī atomu un molekulu skaits uz gaisa kubikcentimetru ir aptuveni 2 * 10 19, 600 km augstumā tikai 2 * 10 7. Jūras līmenī atoms vai molekula lido apmēram 7 * 10 -6 cm, pirms saduras ar citu daļiņu. 600 km augstumā šis attālums ir aptuveni 10 km. Un jūras līmenī katru sekundi notiek aptuveni 7 * 10 9 šādas sadursmes, 600 km augstumā - tikai aptuveni viena minūtē!
Bet ne tikai spiediens mainās atkarībā no augstuma. Arī temperatūra mainās. Tā, piemēram, pie kājas augsts kalns var būt diezgan karsts, savukārt kalna virsotni klāj sniegs un temperatūra tajā pašā laikā ir zem nulles. Un, tiklīdz ar lidmašīnu uzkāpjat aptuveni 10-11 km augstumā, var dzirdēt ziņojumu, ka aiz borta ir -50 grādi, savukārt uz zemes virsmas ir par 60-70 grādiem siltāks ...
Zinātnieki sākotnēji pieņēma, ka temperatūra samazinās līdz ar augstumu, līdz tā sasniedz absolūto nulli (-273,16 ° C). Bet tas tā nav.
Zemes atmosfēra sastāv no četriem slāņiem: troposfēra, stratosfēra, mezosfēra, jonosfēra (termosfēra). Šis sadalījums slāņos tiek ņemts arī, pamatojoties uz datiem par temperatūras izmaiņām augstumā. Zemāko slāni, kurā gaisa temperatūra pazeminās līdz ar augstumu, sauc par troposfēru. Slānis virs troposfēras, kur temperatūras kritums apstājas, padodas izotermai un, visbeidzot, sāk paaugstināties temperatūra, tiek saukts par stratosfēru. Slānis virs stratosfēras, kurā temperatūra atkal strauji pazeminās, ir mezosfēra. Un visbeidzot slāni, kurā temperatūra atkal paaugstinās, sauc par jonosfēru vai termosfēru.
Troposfēra stiepjas vidēji zemākajos 12 km. Tieši tajā notiek mūsu laikapstākļu veidošanās. Visvairāk veidojas garākie mākoņi (cirrus). augšējie slāņi troposfēra. Temperatūra troposfērā adiabātiski samazinās līdz ar augstumu, t.i. temperatūras izmaiņas ir saistītas ar spiediena samazināšanos ar augstumu. Troposfēras temperatūras profils lielā mērā ir saistīts ar Saules starojumu, kas nonāk uz Zemes virsmas. Saules veiktās Zemes virsmas sasilšanas rezultātā veidojas uz augšu vērstas konvekcijas un turbulentas plūsmas, kas veido laikapstākļus. Jāņem vērā, ka pamatā esošās virsmas ietekme uz troposfēras apakšējiem slāņiem sniedzas aptuveni 1,5 km augstumā. Protams, neskaitot kalnu apvidus.
Troposfēras augšējā robeža ir tropopauze - izotermiskais slānis. Atcerieties raksturīgo negaisa mākoņu veidu, kura virsotne ir spalvu mākoņu "uzliesmojums", ko sauc par "laktu". Šī "lakta" vienkārši "izplatās" zem tropopauzes, jo izotermas dēļ augšupejošās gaisa plūsmas ievērojami vājinās, un mākonis pārstāj attīstīties vertikāli. Bet īpašos, retos gadījumos gubu mākoņu virsotnes var iebrukt stratosfēras apakšējos slāņos, pārvarot tropopauzi.
Tropopauzes augstums ir atkarīgs no platuma. Tātad pie ekvatora tas atrodas aptuveni 16 km augstumā, un tā temperatūra ir aptuveni -80 ° C. Pie poliem tropopauze atrodas zemāk - apmēram 8 km. Vasarā tā temperatūra ir -40 ° C un -60 ° C ziemā. Tādējādi, neskatoties uz augstāko temperatūru uz Zemes virsmas, tropu tropopauze ir daudz vēsāka nekā polos.
Atmosfēras biezums ir aptuveni 120 km no Zemes virsmas. Kopējā gaisa masa atmosfērā ir (5,1-5,3) · 10 18 kg. No tiem sausa gaisa masa ir 5,1352 ± 0,0003 · 10 18 kg, ūdens tvaiku kopējā masa vidēji ir 1,27 · 10 16 kg.
Tropopauze
Pārejas slānis no troposfēras uz stratosfēru, atmosfēras slānis, kurā temperatūra pazeminās līdz ar augstuma apstāšanos.
Stratosfēra
Atmosfēras slānis atrodas 11 līdz 50 km augstumā. Nelielas temperatūras izmaiņas 11-25 km slānī (stratosfēras apakšējais slānis) un tās pieaugums 25-40 km slānī no -56,5 līdz 0,8 ° (stratosfēras augšējais slānis jeb inversijas apgabals). raksturīgs. Sasniedzot vērtību aptuveni 273 K (gandrīz 0 ° C) aptuveni 40 km augstumā, temperatūra saglabājas nemainīga līdz aptuveni 55 km augstumam. Šo nemainīgas temperatūras reģionu sauc par stratopauzi, un tā ir robeža starp stratosfēru un mezosfēru.
Stratopauze
Atmosfēras robežslānis starp stratosfēru un mezosfēru. Vertikālajam temperatūras sadalījumam ir maksimums (apmēram 0 ° C).
Mezosfēra
Zemes atmosfēra
Zemes atmosfēras robeža
Termosfēra
Augšējā robeža ir aptuveni 800 km. Temperatūra paaugstinās līdz 200-300 km augstumam, kur tā sasniedz 1500 K vērtības, pēc tam saglabājas gandrīz nemainīga līdz pat lielam augstumam. Ultravioletā un rentgena saules starojuma un kosmiskā starojuma ietekmē notiek gaisa jonizācija ("polārās gaismas") - galvenie jonosfēras apgabali atrodas termosfēras iekšpusē. Augstumā virs 300 km dominē atomu skābeklis. Termosfēras augšējo robežu lielā mērā nosaka Saules pašreizējā aktivitāte. Zemas aktivitātes periodos - piemēram, 2008.-2009.gadā - ir manāms šī slāņa lieluma samazinājums.
Termopauze
Atmosfēras reģions, kas atrodas blakus termosfēras augšdaļai. Šajā zonā saules starojuma absorbcija ir niecīga, un temperatūra faktiski nemainās līdz ar augstumu.
Eksosfēra (izkliedes lode)
Līdz 100 km augstumam atmosfēra ir viendabīgs, labi sajaukts gāzu maisījums. Augstākos slāņos gāzu sadalījums pa augstumu ir atkarīgs no to molekulmasām, smagāko gāzu koncentrācija samazinās ātrāk, attālinoties no Zemes virsmas. Gāzu blīvuma samazināšanās dēļ temperatūra pazeminās no 0 ° C stratosfērā līdz –110 ° C mezosfērā. Tomēr atsevišķu daļiņu kinētiskā enerģija 200-250 km augstumā atbilst ~ 150 ° C temperatūrai. Virs 200 km ir novērojamas būtiskas gāzu temperatūras un blīvuma svārstības laikā un telpā.
Aptuveni 2000-3500 km augstumā eksosfēra pamazām pārvēršas t.s. tuvā kosmosa vakuums, kas ir piepildīta ar ļoti retām starpplanētu gāzes daļiņām, galvenokārt ūdeņraža atomiem. Bet šī gāze ir tikai daļa no starpplanētu matērijas. Citu daļu veido putekļiem līdzīgas komētas un meteoriskas izcelsmes daļiņas. Papildus ārkārtīgi retajām putekļiem līdzīgām daļiņām šajā telpā iekļūst saules un galaktikas izcelsmes elektromagnētiskais un korpuskulārais starojums.
Troposfēra veido aptuveni 80% no atmosfēras masas, stratosfēra - aptuveni 20%; mezosfēras masa ir ne vairāk kā 0,3%, termosfēra ir mazāka par 0,05% no kopējās atmosfēras masas. Pamatojoties uz atmosfēras elektriskajām īpašībām, izšķir neitrosfēru un jonosfēru. Pašlaik tiek uzskatīts, ka atmosfēra stiepjas līdz 2000-3000 km augstumam.
Atkarībā no gāzes sastāva atmosfērā, homosfēra un heterosfēra. Heterosfēra- šī ir zona, kurā gravitācija ietekmē gāzu atdalīšanu, jo to sajaukšanās šajā augstumā ir niecīga. Līdz ar to heterosfēras mainīgais sastāvs. Zem tā atrodas labi sajaukta atmosfēras daļa, kuras sastāvs ir viendabīgs, ko sauc par homosfēru. Robežu starp šiem slāņiem sauc par turbopauzi, tā atrodas aptuveni 120 km augstumā.
Atmosfēras fizioloģiskās un citas īpašības
Jau 5 km augstumā virs jūras līmeņa netrenētam cilvēkam rodas skābekļa bads un bez adaptācijas cilvēka darbaspējas ievērojami samazinās. Šeit beidzas atmosfēras fizioloģiskā zona. Cilvēka elpošana kļūst neiespējama 9 km augstumā, lai gan atmosfērā skābeklis ir līdz aptuveni 115 km.
Atmosfēra apgādā mūs ar skābekli, kas nepieciešams elpot. Tomēr atmosfēras kopējā spiediena krituma dēļ, kad tas paceļas augstumā, attiecīgi samazinās arī skābekļa daļējais spiediens.
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 skaitļa M un skaņas barjeras jēdzieni zaudē savu nozīmi: tur iet nosacītā Karmana līnija, aiz kuras sākas tīri ballistiskā lidojuma zona, kas. var kontrolēt tikai ar reaktīvo spēku palīdzību.
Augstumā virs 100 km atmosfērai nav arī citas ievērojamas īpašības - spēja absorbēt, vadīt un pārraidīt siltumenerģija ar konvekcijas palīdzību (t.i., sajaucot gaisu). Tas nozīmē, ka dažādi orbitējošās kosmosa stacijas aprīkojuma elementi, iekārtas nevarēs atdzist no ārpuses, kā tas parasti tiek darīts lidmašīnā - ar gaisa strūklu un gaisa radiatoru palīdzību. Šādā augstumā, tāpat kā kosmosā kopumā, vienīgais veids, kā pārnest siltumu, ir siltuma starojums.
Atmosfēras veidošanās vēsture
Saskaņā ar visizplatītāko teoriju Zemes atmosfēra laika gaitā bija trīs dažādos sastāvos. Sākotnēji tas sastāvēja no vieglām gāzēm (ūdeņraža un hēlija), kas tika uztvertas starpplanētu telpā. Šis ir tā sauktais primārā atmosfēra(apmēram pirms četriem miljardiem gadu). Nākamajā posmā aktīvā vulkāniskā darbība izraisīja atmosfēras piesātinājumu ar gāzēm, kas nav ūdeņradis (oglekļa dioksīds, amonjaks, ūdens tvaiki). Tātad tas tika izveidots sekundārā atmosfēra(apmēram pirms trim miljardiem gadu). Atmosfēra bija atjaunojoša. Turklāt atmosfēras veidošanās procesu noteica šādi faktori:
- vieglo gāzu (ūdeņraža un hēlija) noplūde starpplanētu telpā;
- ķīmiskās reakcijas atmosfērā ultravioletā starojuma, zibens izlādes un dažu citu faktoru ietekmē.
Pamazām šie faktori izraisīja veidošanos terciārā atmosfēra, ko raksturo daudz mazāks ūdeņraža saturs un daudz lielāks slāpekļa un oglekļa dioksīda saturs (veidojas ķīmisko reakciju rezultātā no amonjaka un ogļūdeņražiem).
Slāpeklis
Liela daudzuma slāpekļa N 2 veidošanās ir saistīta ar amonjaka-ūdeņraža atmosfēras oksidēšanu ar molekulāro skābekli O 2, kas fotosintēzes rezultātā sāka plūst no planētas virsmas, sākot no 3 miljardiem gadu. Tāpat slāpeklis N 2 izdalās atmosfērā nitrātu un citu slāpekli saturošu savienojumu denitrifikācijas rezultātā. Augšējos atmosfēras slāņos slāpekli oksidē ozons līdz NO.
Slāpeklis N 2 reaģē tikai īpašos apstākļos (piemēram, zibens spēriena laikā). Slāpekļa mēslošanas līdzekļu rūpnieciskajā ražošanā izmanto molekulārā slāpekļa oksidēšanu ar ozonu ar elektrisko izlādi nelielos daudzumos. To var oksidēt ar zemu enerģijas patēriņu un pārvērst bioloģiski aktīvā formā zilaļģes (zilaļģes) un mezgliņu baktērijas, kas veido rizobiālo simbiozi ar pākšaugiem, t.s. siderates.
Skābeklis
Atmosfēras sastāvs sāka radikāli mainīties līdz ar dzīvo organismu parādīšanos uz Zemes, fotosintēzes rezultātā, ko pavadīja skābekļa izdalīšanās un oglekļa dioksīda absorbcija. Sākotnēji skābeklis tika iztērēts reducēto savienojumu oksidēšanai - amonjaks, ogļūdeņraži, okeānos esošā dzelzs dzelzs forma utt. Šī posma beigās skābekļa saturs atmosfērā sāka augt. Pamazām veidojās mūsdienīga atmosfēra ar oksidējošām īpašībām. Tā kā tas izraisīja nopietnas un pēkšņas izmaiņas daudzos procesos, kas notiek atmosfērā, litosfērā un biosfērā, šo notikumu sauca par skābekļa katastrofu.
Cēlgāzes
Gaisa piesārņojums
Nesen cilvēki ir sākuši ietekmēt atmosfēras attīstību. Viņa darbības rezultāts bija pastāvīgs ievērojams oglekļa dioksīda satura pieaugums atmosfērā, sadegot ogļūdeņraža degvielai, kas uzkrāta iepriekšējos ģeoloģiskajos laikmetos. Fotosintēzes laikā tiek patērēts milzīgs CO 2 daudzums, ko absorbē pasaules okeāni. Šī gāze nonāk atmosfērā karbonāta sadalīšanās rezultātā klintis un augu un dzīvnieku izcelsmes organiskās vielas, kā arī vulkānisma un cilvēka rūpnieciskās darbības rezultātā. Pēdējo 100 gadu laikā CO 2 saturs atmosfērā ir palielinājies par 10%, un lielākā daļa (360 miljardi tonnu) rodas degvielas sadegšanas rezultātā. Ja turpināsies degvielas sadegšanas pieauguma temps, tad nākamajos 200-300 gados СО 2 daudzums atmosfērā dubultosies un var izraisīt globālas klimata pārmaiņas.
Degvielas sadedzināšana ir galvenais piesārņojošo gāzu (CO, SO 2) avots. Sēra dioksīdu atmosfēras skābeklis oksidē līdz SO 3 atmosfēras augšējos slāņos, kas savukārt mijiedarbojas ar ūdens un amonjaka tvaikiem, un rezultātā iegūtā sērskābe (H 2 SO 4) un amonija sulfāts ((NH 4) 2 SO 4) atgriežas Zemes virsmas formā t.s. skābais lietus. Iekšdedzes dzinēju izmantošana izraisa ievērojamu atmosfēras piesārņojumu ar slāpekļa oksīdiem, ogļūdeņražiem un svina savienojumiem (tetraetilsvins Pb (CH 3 CH 2) 4)).
Atmosfēras aerosola piesārņojumu izraisa abi dabiski cēloņi(vulkānu izvirdumi, putekļu vētras, jūras ūdens pilienu un putekšņu aiznesšana u.c.), kā arī cilvēku saimnieciskā darbība (ieguves rūpniecība un celtniecības materiāli, kurināmā sadedzināšana, cementa ražošana utt.). Intensīva liela mēroga cieto daļiņu izvadīšana atmosfērā ir viena no iespējamie iemesli planētas klimata pārmaiņas.
Skatīt arī
- Jacchia (atmosfēras modelis)
Piezīmes (rediģēt)
Saites
Literatūra
- V. V. Parins, F. P. Kosmolinskis, B. A. Duškovs"Kosmosa bioloģija un medicīna" (2. izdevums, pārstrādāts un paplašināts), M .: "Izglītība", 1975, 223 lpp.
- Ņ.V. Gusakova"Vides ķīmija", Rostova pie Donas: Phoenix, 2004, 192 ar ISBN 5-222-05386-5
- Sokolovs V.A. Dabasgāzu ģeoķīmija, M., 1971;
- Makjūns M., Filipss L. Atmosfēras ķīmija, M., 1978;
- Darbs K., Vorners S. Gaisa piesārņojums. Avoti un kontrole, trans. no angļu val., M .. 1980;
- Dabiskās vides fona piesārņojuma monitorings. v. 1, L., 1982. gads.
| Zeme | ||
|---|---|---|
| Zemes vēsture | Zemes laikmets Zemes ģeoloģiskā vēsture Ģeohronoloģiskais mērogs Dzīvības vēsture uz Zemes Zemes apledojums Vājas jaunās Saules paradokss Milzu sadursmes teorija Evolūcijas hronoloģija |  |
| Ģeogrāfija un ģeoloģija |
Austrālija Āzija Antarktīda Āfrika Eiropa Ziemeļamerika Dienvidamerika Atlantijas okeāns Indijas okeāns Ziemeļu Ledus okeāns | |
Jūras līmenī 1013,25 hPa (apmēram 760 mm Hg). Globālā vidējā gaisa temperatūra uz Zemes virsmas ir 15 ° C, savukārt temperatūra svārstās no aptuveni 57 ° C subtropu tuksnešos līdz -89 ° C Antarktīdā. Gaisa blīvums un spiediens samazinās līdz ar augstumu saskaņā ar likumu, kas ir tuvu eksponenciālam.
Atmosfēras struktūra... Vertikāli atmosfērai ir slāņaina struktūra, ko galvenokārt nosaka vertikālā temperatūras sadalījuma pazīmes (attēls), kas ir atkarīga no ģeogrāfiskās atrašanās vietas, gadalaika, diennakts laika u.c. Atmosfēras apakšējo slāni - troposfēru - raksturo temperatūras pazemināšanās ar augstumu (apmēram par 6 ° C uz 1 km), tā augstums ir no 8-10 km polārajos platuma grādos līdz 16-18 km tropos. Tā kā gaisa blīvums strauji samazinās līdz ar augstumu, aptuveni 80% no kopējās atmosfēras masas atrodas troposfērā. Virs troposfēras atrodas stratosfēra - slānis, kuru parasti raksturo temperatūras paaugstināšanās līdz ar augstumu. Pārejas slāni starp troposfēru un stratosfēru sauc par tropopauzi. Stratosfēras lejasdaļā līdz aptuveni 20 km līmenim temperatūra nedaudz mainās līdz ar augstumu (tā sauktais izotermiskais reģions) un bieži vien pat nedaudz pazeminās. Iepriekš temperatūra paaugstinās, jo ozons absorbē UV starojumu no Saules, sākumā lēnām, bet no 34-36 km līmeņa - ātrāk. Stratosfēras augšējā robeža - stratopauze - atrodas 50-55 km augstumā, kas atbilst maksimālajai temperatūrai (260-270 K). Atmosfēras slāni, kas atrodas 55-85 km augstumā, kur temperatūra atkal pazeminās līdz ar augstumu, sauc par mezosfēru, pie tās augšējās robežas - mezopauze - vasarā temperatūra sasniedz 150-160 K, un 200- Ziemā 230 K. Virs mezopauzes sākas termosfēra - slānis, kam raksturīga strauja temperatūras paaugstināšanās, 250 km augstumā sasniedzot 800-1200 K. Termosfēra absorbē korpuskulāro un rentgena starojumu no Saules, palēninās un sadedzina meteorus, tāpēc pilda Zemes aizsargslāņa funkciju. Vēl augstāk atrodas eksosfēra, no kuras atmosfēras gāzes izkliedes dēļ tiek izkliedētas pasaules telpā un kur notiek pakāpeniska pāreja no atmosfēras uz starpplanētu telpu.
Atmosfēras sastāvs... Līdz aptuveni 100 km augstumam atmosfēra ir praktiski viendabīga ķīmiskā sastāva un vidējā molekulmasa gaiss (apmēram 29) tajā ir nemainīgs. Netālu no Zemes virsmas atmosfēra sastāv no slāpekļa (apmēram 78,1 tilpuma%) un skābekļa (apmēram 20,9%), kā arī satur nelielu daudzumu argona, oglekļa dioksīda (oglekļa dioksīda), neona un citu nemainīgu un mainīgu komponentu (sk. Gaiss ).
Turklāt atmosfērā ir neliels daudzums ozona, slāpekļa oksīdu, amonjaka, radona utt. Galveno gaisa sastāvdaļu relatīvais saturs laika gaitā ir nemainīgs un vienmērīgi dažādos ģeogrāfiskajos reģionos. Ūdens tvaiku un ozona saturs ir mainīgs telpā un laikā; neskatoties uz to zemo saturu, to loma atmosfēras procesos ir ļoti nozīmīga.
Virs 100-110 km skābekļa, oglekļa dioksīda un ūdens tvaiku molekulas sadalās, tāpēc gaisa molekulmasa samazinās. Aptuveni 1000 km augstumā sāk dominēt vieglās gāzes – hēlijs un ūdeņradis, un vēl augstāk Zemes atmosfēra pamazām pārvēršas starpplanētu gāzē.
Atmosfēras svarīgākā mainīgā sastāvdaļa ir ūdens tvaiki, kas iztvaikojot no ūdens virsmas un mitras augsnes, kā arī augu transpirācijas rezultātā nonāk atmosfērā. Relatīvais ūdens tvaiku saturs pie zemes virsmas svārstās no 2,6% tropos līdz 0,2% polārajos platuma grādos. Ar augstumu tas strauji krīt, samazinoties uz pusi jau 1,5-2 km augstumā. Atmosfēras vertikālajā kolonnā mērenajos platuma grādos ir aptuveni 1,7 cm "nogulsnētā ūdens slāņa". Kondensējoties ūdens tvaikiem, veidojas mākoņi, no kuriem nokrīt atmosfēras nokrišņi lietus, krusas, sniega veidā.
Svarīga sastāvdaļa atmosfēras gaiss ir ozons, 90% koncentrēts stratosfērā (no 10 līdz 50 km), aptuveni 10% no tā atrodas troposfērā. Ozons nodrošina cietā UV starojuma (ar viļņa garumu mazāku par 290 nm) absorbciju, un tā ir tā aizsargājošā loma biosfērā. Kopējā ozona satura vērtības mainās atkarībā no platuma un gadalaika diapazonā no 0,22 līdz 0,45 cm (ozona slāņa biezums pie spiediena p = 1 atm un temperatūras T = 0 ° C). Ozona caurumos, kas Antarktīdā novēroti pavasarī kopš 80. gadu sākuma, ozona saturs var samazināties līdz 0,07 cm. Tas palielinās no ekvatora līdz poliem, un tam ir ikgadējas svārstības ar maksimumu pavasarī un minimumu rudenī, un ozona amplitūda gada svārstības tropos ir nelielas un aug uz augstiem platuma grādiem. Būtiska mainīga atmosfēras sastāvdaļa ir oglekļa dioksīds, kura saturs atmosfērā pēdējo 200 gadu laikā ir pieaudzis par 35%, kas galvenokārt skaidrojams ar antropogēno faktoru. Tiek novērota tās platuma un sezonālā mainība, kas saistīta ar augu fotosintēzi un šķīdību jūras ūdenī (saskaņā ar Henrija likumu, gāzes šķīdība ūdenī samazinās, paaugstinoties tā temperatūrai).
Svarīga loma planētas klimata veidošanā ir atmosfēras aerosolam – gaisā suspendētām cietām un šķidrām daļiņām, kuru izmērs svārstās no vairākiem nm līdz pat desmitiem mikronu. Izšķir dabiskas un antropogēnas izcelsmes aerosolus. Aerosols veidojas gāzfāzes reakciju procesā no augu atkritumiem un saimnieciskā darbība cilvēku, vulkāna izvirdumi, vēja radīto putekļu celšanās rezultātā no planētas virsmas, īpaši no tās tuksnešainiem reģioniem, kā arī veidojas no kosmiskajiem putekļiem, kas nokrīt atmosfēras augšējos slāņos. Lielākā daļa aerosola ir koncentrēta troposfērā, aerosols no vulkānu izvirdumiem aptuveni 20 km augstumā veido tā saukto Junge slāni. Lielākais antropogēnā aerosola daudzums atmosfērā nonāk transportlīdzekļu un termoelektrostaciju darbības, ķīmiskās ražošanas, degvielas sadedzināšanas uc rezultātā. Tāpēc atsevišķos reģionos atmosfēras sastāvs ievērojami atšķiras no parastā gaisa, kas prasīja speciālā dienesta izveide atmosfēras gaisa piesārņojuma līmeņa monitoringam un monitoringam.
Atmosfēras evolūcija... Mūsdienu atmosfērai acīmredzot ir sekundāra izcelsme: tā veidojās no gāzēm, ko izdala Zemes cietais apvalks pēc planētas veidošanās pabeigšanas pirms aptuveni 4,5 miljardiem gadu. Zemes ģeoloģiskās vēstures laikā atmosfēras sastāvā ir notikušas būtiskas izmaiņas vairāku faktoru ietekmē: gāzu, galvenokārt vieglāko, izkliede (iztvaikošana) kosmosā; gāzu izdalīšanās no litosfēras vulkāniskās darbības rezultātā; ķīmiskās reakcijas starp atmosfēras sastāvdaļām un akmeņiem, kas veido zemes garozu; fotoķīmiskās reakcijas pašā atmosfērā saules UV starojuma ietekmē; starpplanētu vides matērijas (piemēram, meteoriskās vielas) uzkrāšanās (uztveršana). Atmosfēras attīstība ir cieši saistīta ar ģeoloģiskiem un ģeoķīmiskiem procesiem, un pēdējos 3-4 miljardus gadu arī ar biosfēras darbību. Ievērojama daļa mūsdienu atmosfēru veidojošo gāzu (slāpeklis, ogļskābā gāze, ūdens tvaiki) radās vulkāniskās darbības un ielaušanās gaitā, kas tās iznesa no Zemes dzīlēm. Skābeklis manāmā daudzumā parādījās apmēram pirms 2 miljardiem gadu fotosintētisko organismu darbības rezultātā, kas sākotnēji radās okeāna virszemes ūdeņos.
Pamatojoties uz datiem par karbonātu atradņu ķīmisko sastāvu, tika iegūti aprēķini par oglekļa dioksīda un skābekļa daudzumu ģeoloģiskās pagātnes atmosfērā. Visā fanerozoja laikā (pēdējie 570 miljoni Zemes vēstures gadu) oglekļa dioksīda daudzums atmosfērā ļoti mainījās atkarībā no vulkāniskās aktivitātes līmeņa, okeāna temperatūras un fotosintēzes līmeņa. Lielāko daļu šī laika oglekļa dioksīda koncentrācija atmosfērā bija ievērojami augstāka nekā šodien (līdz 10 reizēm). Skābekļa daudzums fanerozoja atmosfērā būtiski mainījās, un dominēja tendence tam palielināties. Prekembrija atmosfērā oglekļa dioksīda masa parasti bija lielāka, bet skābekļa masa - mazāka nekā fanerozoja atmosfērā. Oglekļa dioksīda daudzuma svārstības pagātnē būtiski ietekmēja klimatu, pastiprinot siltumnīcas efektu, palielinoties ogļskābās gāzes koncentrācijai, kā rezultātā klimats fanerozoika galvenajā daļā bija daudz siltāks nekā mūsdienu laikmetā. .
Atmosfēra un dzīve... Bez atmosfēras Zeme būtu mirusi planēta. Organiskā dzīve notiek ciešā mijiedarbībā ar atmosfēru un ar to saistīto klimatu un laikapstākļiem. Maza masa salīdzinājumā ar planētu kopumā (apmēram miljonā daļa), atmosfēra ir sine qua non visām dzīvības formām. Organismu dzīvībai vislielākā nozīme ir skābeklim, slāpeklim, ūdens tvaikiem, oglekļa dioksīdam, ozonam. Fotosintēzes augiem absorbējot oglekļa dioksīdu, rodas organiskās vielas, kuras kā enerģijas avotu izmanto lielākā daļa dzīvo būtņu, tostarp cilvēki. Skābeklis ir nepieciešams aerobo organismu pastāvēšanai, kuriem enerģijas plūsmu nodrošina organisko vielu oksidācijas reakcijas. Slāpeklis, ko asimilē daži mikroorganismi (slāpekļa fiksatori), ir nepieciešams augu minerālbarībai. Ozons, kas absorbē Saules cieto UV starojumu, ievērojami vājina šo kaitīgo saules starojuma daļu, kas ir kaitīga dzīvībai. Ūdens tvaiku kondensācija atmosfērā, mākoņu veidošanās un tam sekojošie atmosfēras nokrišņu nokrišņi piegādā zemi ūdeni, bez kura nav iespējamas nekādas dzīvības formas. Organismu dzīvībai svarīgo aktivitāti hidrosfērā lielā mērā nosaka skaits un ķīmiskais sastāvsūdenī izšķīdinātas atmosfēras gāzes. Tā kā atmosfēras ķīmiskais sastāvs ir būtiski atkarīgs no organismu aktivitātes, biosfēru un atmosfēru var uzskatīt par vienas sistēmas sastāvdaļu, kuras uzturēšanai un evolūcijai (skat. Bioģeoķīmiskos ciklus) bija liela nozīme, lai mainītu organismu sastāvu. atmosfēra visā Zemes kā planētas vēsturē.
Atmosfēras radiācijas, siltuma un ūdens bilances... Saules starojums ir praktiski vienīgais enerģijas avots visiem fiziskajiem procesiem atmosfērā. galvenā iezīme Atmosfēras radiācijas režīms ir tā sauktais siltumnīcas efekts: atmosfēra diezgan labi pārraida saules starojumu uz zemes virsmu, bet aktīvi absorbē no zemes virsmas garo viļņu termisko starojumu, no kura daļa atgriežas virspusē. pretstarojums, kas kompensē siltuma zudumus ar zemes virsmu (sk. Atmosfēras starojums). Ja nebūtu atmosfēras, zemes virsmas vidējā temperatūra būtu -18 ° C, patiesībā tā ir 15 ° C. Ienākošais saules starojums daļēji (apmēram 20%) tiek absorbēts atmosfērā (galvenokārt ar ūdens tvaikiem, ūdens pilieniem, oglekļa dioksīdu, ozonu un aerosoliem), kā arī tiek izkliedēts (apmēram 7%) ar aerosola daļiņām un blīvuma svārstībām (Reilija izkliede). ). Kopējais starojums, sasniedzot zemes virsmu, daļēji (apmēram 23%) no tās atstarojas. Atstarošanas spēju nosaka pamata virsmas, tā sauktā albedo, atstarošanās spēja. Vidēji Zemes albedo integrālajai saules starojuma plūsmai ir tuvu 30%. Tas svārstās no dažiem procentiem (sausa augsne un melnzeme) līdz 70-90% tikko uzkritušam sniegam. Radiācijas siltuma apmaiņa starp Zemes virsmu un atmosfēru ir būtiski atkarīga no albedo, un to nosaka efektīvais Zemes virsmas starojums un tā absorbētais atmosfēras pretstarojums. Iekļauto starojuma plūsmu algebriskā summa zemes atmosfēra no kosmosa un atstājot to atpakaļ, sauc par starojuma bilanci.
Saules starojuma transformācijas pēc tā absorbcijas atmosfērā un zemes virsmā nosaka Zemes kā planētas termisko līdzsvaru. Galvenais atmosfēras siltuma avots ir zemes virsma; siltums no tā tiek pārnests ne tikai garo viļņu starojuma veidā, bet arī konvekcijas ceļā, kā arī izdalās ūdens tvaiku kondensācijas laikā. Šo siltumenerģijas pieplūdumu īpatsvars ir attiecīgi vidēji 20%, 7% un 23%. Tas arī palielina aptuveni 20% siltuma tiešā saules starojuma absorbcijas dēļ. Saules starojuma plūsma laika vienībā caur laukuma vienību, kas ir perpendikulāra saules stariem un atrodas ārpus atmosfēras vidējā attālumā no Zemes līdz Saulei (tā sauktā saules konstante) ir 1367 W / m2, izmaiņas ir 1– 2 W / m2, atkarībā no saules aktivitātes cikla. Ar aptuveni 30% planētas albedo laika vidējā globālā saules enerģijas pieplūde uz planētu ir 239 W/m2. Tā kā Zeme kā planēta kosmosā izstaro vidēji tādu pašu enerģijas daudzumu, tad saskaņā ar Stefana-Bolcmaņa likumu izejošā termiskā garo viļņu starojuma efektīvā temperatūra ir 255 K (-18 ° C). Tajā pašā laikā zemes virsmas vidējā temperatūra ir 15 ° C. 33 ° C atšķirība ir saistīta ar siltumnīcas efektu.
Atmosfēras ūdens bilance kopumā atbilst no Zemes virsmas iztvaikotā mitruma daudzuma un uz Zemes virsmas nokrišņu daudzuma vienādībai. Atmosfēra virs okeāniem no iztvaikošanas procesiem saņem vairāk mitruma nekā virs sauszemes un zaudē 90% nokrišņu veidā. Lieko ūdens tvaiku virs okeāniem gaisa straumes aiznes uz kontinentiem. Ūdens tvaiku daudzums, kas atmosfērā tiek transportēts no okeāniem uz kontinentiem, ir vienāds ar okeānos ieplūstošo upju tilpumu.
Gaisa kustība... Zemei ir sfēriska forma, tāpēc tās augstajos platuma grādos nonāk daudz mazāk saules starojuma nekā tropos. Rezultātā starp platuma grādiem rodas lieli temperatūras kontrasti. Temperatūras sadalījumu būtiski ietekmē arī okeānu un kontinentu relatīvais stāvoklis. Lielās masas dēļ okeāna ūdeņi un ūdens augstā siltumietilpība, sezonālās okeāna virsmas temperatūras svārstības ir daudz mazākas nekā sauszemes. Šajā sakarā vidējos un augstajos platuma grādos gaisa temperatūra virs okeāniem vasarā ir ievērojami zemāka nekā virs kontinentiem un augstāka ziemā.
Nevienmērīga atmosfēras sildīšana dažādās zonās globuss izraisa atmosfēras spiediena telpisko sadalījumu. Jūras līmenī spiediena sadalījumu raksturo salīdzinoši zemas vērtības ekvatora tuvumā, subtropu (augstspiediena jostu) pieaugums un vidējo un augsto platuma grādu samazināšanās. Tajā pašā laikā ārpustropu platuma grādu kontinentos spiediens parasti tiek palielināts ziemā un pazemināts vasarā, kas ir saistīts ar temperatūras sadalījumu. Spiediena gradienta ietekmē gaiss piedzīvo paātrinājumu no augsta spiediena zonām uz zema spiediena zonām, kas izraisa gaisa masu kustību. Kustīgās gaisa masas ietekmē arī Zemes griešanās novirzošais spēks (Koriolisa spēks), berzes spēks, kas samazinās līdz ar augstumu un ar līknes trajektorijām, un centrbēdzes spēks. Liela nozīme ir turbulentai gaisa sajaukšanai (sk. Turbulence atmosfērā).
Saistīts ar planētu spiediena sadalījumu sarežģīta sistēma gaisa straumes (atmosfēras vispārējā cirkulācija). Meridionālajā plaknē vidēji tiek izsekotas divas vai trīs meridionālās cirkulācijas šūnas. Netālu no ekvatora sasildīts gaiss paceļas un pazeminās subtropos, veidojot Hedlija šūnu. Tajā pašā vietā tiek pazemināts Ferrell atgriešanas šūnas gaiss. Augstos platuma grādos bieži tiek izsekota taisna polārā šūna. Meridionālās cirkulācijas ātrums ir 1 m/s vai mazāks. Koriolisa spēka iedarbības dēļ lielākajā daļā atmosfēras tiek novēroti rietumu vēji ar ātrumu troposfēras vidusdaļā aptuveni 15 m/s. Ir salīdzinoši stabilas vēja sistēmas. Tie ietver pasātu vējus – vējus, kas pūš no augsta spiediena joslām subtropos līdz ekvatoram ar jūtamu austrumu komponentu (no austrumiem uz rietumiem). Musons ir diezgan stabils - gaisa straumes, kurām ir skaidri izteikts sezonāls raksturs: vasarā tās pūš no okeāna uz cietzemi un ziemā pretējā virzienā. Indijas okeāna musoni ir īpaši regulāri. Vidējos platuma grādos gaisa masu kustība galvenokārt notiek uz rietumiem (no rietumiem uz austrumiem). Šī ir atmosfēras frontu zona, uz kuras rodas lieli virpuļi - cikloni un anticikloni, kas aptver daudzus simtus un pat tūkstošus kilometru. Cikloni sastopami arī tropos; šeit tie ir mazāki, bet ļoti lieli vēja ātrumi, kas sasniedz viesuļvētras spēku (33 m/s un vairāk), tā sauktie tropiskie cikloni. Atlantijas okeānā un austrumos Klusais okeāns tos sauc par viesuļvētrām, bet Klusā okeāna rietumos — par taifūniem. Augšējā troposfērā un stratosfēras lejasdaļā reģionos, kas atdala tiešās Hadlija meridionālās cirkulācijas šūnu un apgriezto Ferela šūnu, bieži novērojamas salīdzinoši šauras, simtiem kilometru platas strūklas plūsmas ar krasi iezīmētām robežām, kuru ietvaros vējš sasniedz 100-150. un pat 200 m / Ar.
Klimats un laikapstākļi... Saules starojuma daudzuma atšķirība, kas dažādos platuma grādos nonāk uz Zemes virsmas ar dažādām fizikālajām īpašībām, nosaka Zemes klimata daudzveidību. No ekvatora līdz tropiskajiem platuma grādiem gaisa temperatūra pie zemes virsmas ir vidēji 25-30 ° C un visu gadu mainās maz. Ekvatoriālajā zonā parasti ir daudz nokrišņu, kas tur rada apstākļus pārmērīgam mitrumam. Tropu zonās nokrišņu daudzums samazinās un dažviet kļūst ļoti mazs. Šeit atrodas plašie Zemes tuksneši.
Subtropu un vidējo platuma grādos gaisa temperatūra būtiski mainās visu gadu, un vasaras un ziemas temperatūras atšķirības ir īpaši lielas kontinentu apgabalos, kas atrodas tālu no okeāniem. Tātad dažās jomās Austrumsibīrija gada gaisa temperatūras amplitūda sasniedz 65 ° С. Mitrināšanas apstākļi šajos platuma grādos ir ļoti dažādi, galvenokārt atkarīgi no vispārējā atmosfēras cirkulācijas režīma un gadu no gada būtiski atšķiras.
Polārajos platuma grādos temperatūra saglabājas zema visu gadu, pat ja ir manāmas sezonālās svārstības. Tas veicina plašu ledus segas izplatību uz okeāniem un sauszemes un mūžīgo sasalumu, kas aizņem vairāk nekā 65% no tās teritorijas Krievijā, galvenokārt Sibīrijā.
Pēdējo desmitgažu laikā izmaiņas globālajā klimatā ir kļuvušas arvien pamanāmākas. Augstos platuma grādos temperatūra paaugstinās vairāk nekā zemos platuma grādos; vairāk ziemā nekā vasarā; vairāk naktī nekā dienā. 20. gadsimta laikā vidējā gada gaisa temperatūra pie zemes virsmas Krievijā ir paaugstinājusies par 1,5–2 °C, un dažos Sibīrijas reģionos tā ir paaugstinājusies par vairākiem grādiem. Tas ir saistīts ar siltumnīcas efekta palielināšanos mikrogāzu koncentrācijas palielināšanās dēļ.
Laikapstākļus nosaka atmosfēras cirkulācijas apstākļi un reljefa ģeogrāfiskais novietojums, visstabilākie tie ir tropos un mainīgākie vidējos un augstajos platuma grādos. Visvairāk laikapstākļi mainās gaisa masu izmaiņu zonās, ko izraisa atmosfēras frontu, ciklonu un anticiklonu pāreja, nesot nokrišņus un pastiprinātu vēju. Dati laika prognozēšanai tiek vākti no meteoroloģiskajiem satelītiem uz zemes izvietotās meteoroloģiskās stacijās, kuģos un lidmašīnās. Skatīt arī Meteoroloģija.
Optiskās, akustiskās un elektriskās parādības atmosfērā... Izplatot elektromagnētiskā radiācija Gaismas un dažādu daļiņu (aerosols, ledus kristāli, ūdens pilieni) gaismas laušanas, absorbcijas un izkliedes rezultātā atmosfērā rodas dažādas optiskas parādības: varavīksnes, vainagi, oreoli, mirāža uc Gaismas izkliede nosaka šķietamo gaismas izkliedi. debess debess augstums un debesu zilā krāsa. Objektu redzamības diapazonu nosaka gaismas izplatīšanās apstākļi atmosfērā (sk. Atmosfēras redzamība). Sakaru diapazons un iespēja noteikt objektus ar instrumentiem, tostarp iespēja veikt astronomiskus novērojumus no Zemes virsmas, ir atkarīgs no atmosfēras caurspīdīguma dažādos viļņu garumos. Krēslas fenomenam ir liela nozīme stratosfēras un mezosfēras optisko neviendabīgumu pētījumos. Piemēram, fotografējot krēslā ar kosmosa kuģisļauj noteikt aerosola slāņus. Elektromagnētiskā starojuma izplatīšanās atmosfērā īpatnības nosaka tā parametru attālās izpētes metožu precizitāti. Visus šos jautājumus, tāpat kā daudzus citus, pēta atmosfēras optika. Radioviļņu refrakcija un izkliede nosaka radio uztveršanas iespējas (sk. Radioviļņu izplatīšanās).
Skaņas izplatība atmosfērā ir atkarīga no temperatūras telpiskā sadalījuma un vēja ātruma (sk. Atmosfēras akustika). Tas ir interesants atmosfēras attālinātai izpētei. Raķešu palaisti lādiņu sprādzieni atmosfēras augšējos slāņos sniedza daudz informācijas par vēja sistēmām un temperatūras gaitu stratosfērā un mezosfērā. Stabili stratificētā atmosfērā, kad temperatūra pazeminās līdz ar augstumu lēnāk nekā adiabātiskais gradients (9,8 K/km), rodas tā sauktie iekšējie viļņi. Šie viļņi var virzīties augšup stratosfērā un pat mezosfērā, kur tie samazinās, veicinot vēja un turbulences palielināšanos.
Zemes negatīvais lādiņš un no tā izrietošais elektriskais lauks atmosfēra kopā ar elektriski lādētu jonosfēru un magnetosfēru veido globālu elektrisko ķēdi. Lielu lomu tajā spēlē mākoņu veidošanās un pērkona negaisa elektrība. Zibensizlādes draudi radījuši nepieciešamību izstrādāt metodes ēku, būvju, elektrolīniju un komunikāciju zibensaizsardzībai. Šī parādība ir īpaši bīstama aviācijai. Zibens izlāde izraisa atmosfēras radio traucējumus, ko sauc par atmosfēru (sk. Svilpojoša atmosfēra). Strauji palielinoties elektriskā lauka stiprumam, tiek novērotas gaismas izlādes, kas rodas objektu punktos un asajos stūros, kas izvirzīti virs zemes virsmas, atsevišķās virsotnēs kalnos utt. (Elmas gaismas). Atmosfērā vienmēr ir vieglo un smago jonu daudzums, kas ļoti atšķiras atkarībā no konkrētiem apstākļiem, kas nosaka elektrovadītspēja atmosfēra. Galvenie gaisa jonizatori zemes virsmas tuvumā ir radioaktīvo vielu starojums, ko satur zemes garoza un atmosfērā, kā arī kosmiskos starus. Skatīt arī Atmosfēras elektrība.
Cilvēka ietekme uz atmosfēru. Pēdējo gadsimtu laikā cilvēka darbības dēļ atmosfērā ir palielinājusies siltumnīcefekta gāzu koncentrācija. Oglekļa dioksīda procentuālais daudzums palielinājās no 2,8-10 2 pirms divsimt gadiem līdz 3,8-10 2 2005. gadā, metāna saturs - no 0,7-10 1 apmēram pirms 300-400 gadiem līdz 1,8-10 -4 gada sākumā. 21. gadsimts; Apmēram 20% no siltumnīcas efekta pieauguma pēdējā gadsimta laikā radīja freoni, kuru līdz 20. gadsimta vidum atmosfērā praktiski nebija. Šīs vielas ir atzītas par stratosfēras ozona destruktoriem, un to ražošana ir aizliegta ar 1987. gada Monreālas protokolu. Oglekļa dioksīda koncentrācijas paaugstināšanos atmosfērā izraisa pieaugoša ogļu, naftas, gāzes un cita veida oglekļa kurināmā daudzuma dedzināšana, kā arī mežu izciršana, kā rezultātā samazinās oglekļa dioksīda absorbcija fotosintēzes ceļā. Metāna koncentrācija palielinās līdz ar naftas un gāzes ieguves pieaugumu (tās zudumu dēļ), kā arī līdz ar rīsu ražas paplašināšanos un liellopu skaita pieaugumu. Tas viss veicina klimata sasilšanu.
Lai mainītu laikapstākļus, ir izstrādātas metodes aktīvai atmosfēras procesu ietekmei. Tos izmanto, lai aizsargātu lauksaimniecības augus no krusas, negaisa mākoņos izkliedējot īpašus reaģentus. Ir arī metodes miglas izkliedēšanai lidostās, augu aizsardzībai no sala, iedarbojoties uz mākoņiem, lai palielinātu nokrišņu daudzumu pareizajās vietās vai izkliedētu mākoņus masu pasākumu laikā.
Atmosfēras izpēte... Informācija par fiziskajiem procesiem atmosfērā tiek iegūta galvenokārt no meteoroloģiskajiem novērojumiem, kurus veic globāls pastāvīgu meteoroloģisko staciju un posteņu tīkls, kas atrodas visos kontinentos un daudzās salās. Ikdienas novērojumi sniedz informāciju par gaisa temperatūru un mitrumu, atmosfēras spiediens un nokrišņi, mākoņainība, vējš uc Saules starojuma un tā transformāciju novērojumi tiek veikti aktinometriskajās stacijās. Liela nozīme atmosfēras izpētē ir aeroloģisko staciju tīkliem, kuros tiek veikti meteoroloģiskie mērījumi, izmantojot radiozondes līdz 30-35 km augstumam. Vairākās stacijās tiek veikti atmosfēras ozona novērojumi, elektriskās parādības atmosfērā, gaisa ķīmiskais sastāvs.
Zemes staciju datus papildina novērojumi okeānos, kur atsevišķos Pasaules okeāna reģionos pastāvīgi darbojas “laika laika kuģi”, kā arī meteoroloģiskā informācija, kas saņemta no pētniecības un citiem kuģiem.
Arvien vairāk informācijas par atmosfēru pēdējās desmitgadēs iegūts ar meteoroloģisko pavadoņu palīdzību, kas aprīkoti ar mākoņu fotografēšanas un Saules ultravioletā, infrasarkanā un mikroviļņu starojuma plūsmu mērīšanas instrumentiem. Satelīti ļauj iegūt informāciju par temperatūras vertikālajiem profiliem, mākoņainību un tā ūdens saturu, atmosfēras radiācijas līdzsvara elementiem, okeāna virsmas temperatūru utt. Ar satelītu palīdzību kļuva iespējams noskaidrot Saules konstantes un Zemes planētu albedo vērtību, izveidot Zemes-atmosfēras sistēmas radiācijas bilances kartes, izmērīt atmosfēras piemaisījumu saturu un mainīgumu, kā arī atrisināt daudzas citas atmosfēras fizikas un vides monitoringa problēmas.
Lit .: Budyko MI Klimats pagātnē un nākotnē. L., 1980; Matvejevs L.T. Vispārējās meteoroloģijas kurss. Atmosfēras fizika. 2. izd. L., 1984; Budiko M.I., Ronovs A.B., Janšins A.L. Atmosfēras vēsture. L., 1985; Khrgian A. Kh. Atmosfēras fizika. M., 1986; Atmosfēra: Rokasgrāmata. L., 1991; Khromovs S.P., Petrosyants M.A. Meteoroloģija un klimatoloģija. 5. izd. M., 2001. gads.
G. S. Goļicins, N. A. Zaiceva.
Gāzes apvalks, kas ieskauj mūsu planētu Zeme, pazīstams kā atmosfēra, sastāv no pieciem galvenajiem slāņiem. Šie slāņi rodas uz planētas virsmas no jūras līmeņa (dažreiz zemāk) un paceļas uz kosmosu šādā secībā:
- Troposfēra;
- Stratosfēra;
- mezosfēra;
- Termosfēra;
- Eksosfēra.
Zemes atmosfēras galveno slāņu diagramma
Starp katru no šiem pieciem galvenajiem slāņiem ir pārejas zonas, ko sauc par "pauzēm", kurās notiek temperatūras, sastāva un gaisa blīvuma izmaiņas. Kopā ar pauzēm Zemes atmosfērā kopumā ietilpst 9 slāņi.
Troposfēra: kur notiek laikapstākļi
No visiem atmosfēras slāņiem troposfēra ir tā, ar kuru mēs esam vispazīstamākie (neatkarīgi no tā, vai jūs to saprotat vai nē), jo mēs dzīvojam tās apakšā - planētas virsmā. Tas apņem Zemes virsmu un stiepjas uz augšu vairākus kilometrus. Vārds troposfēra nozīmē "pasaules maiņa". Ļoti trāpīgs nosaukums, jo šajā slānī notiek mūsu ikdienas laikapstākļi.
Sākot no planētas virsmas, troposfēra paceļas 6 līdz 20 km augstumā. Mums vistuvākā slāņa apakšējā trešdaļa satur 50% no visām atmosfēras gāzēm. Tā ir vienīgā daļa no visa atmosfēras sastāva, kas elpo. Sakarā ar to, ka gaisu no apakšas silda zemes virsma, kas absorbē Saules siltumenerģiju, troposfēras temperatūra un spiediens samazinās, palielinoties augstumam.
Augšpusē ir plāns slānis, ko sauc par tropopauzi, kas ir tikai buferis starp troposfēru un stratosfēru.
Stratosfēra: ozona mājvieta
Stratosfēra - nākamais slānis atmosfēra. Tas stiepjas no 6-20 km līdz 50 km virs zemes virsmas. Tas ir slānis, kurā lido lielākā daļa komerciālo lidmašīnu un ceļo karstā gaisa baloni.
Šeit gaiss neplūst uz augšu un uz leju, bet gan pārvietojas paralēli virsmai ļoti ātrās gaisa plūsmās. Temperatūra paaugstinās, kāpjot uz augšu, pateicoties dabiskā ozona (O 3) pārpilnībai, kas ir saules starojuma un skābekļa blakusprodukts, kam ir spēja absorbēt kaitīgos saules ultravioletos starus (jebkuru temperatūras paaugstināšanos līdz ar augstumu sauc par "inversiju" meteoroloģija)...
Tā kā stratosfērā ir siltāka temperatūra apakšā un vēsāka augšpusē, konvekcija (gaisa masu vertikālā kustība) šajā atmosfēras daļā ir reti sastopama. Faktiski troposfērā plosošu vētru var redzēt no stratosfēras, jo slānis darbojas kā konvekcijas “vāciņš”, caur kuru negaisa mākoņi nevar iekļūt.
Pēc stratosfēras atkal ir bufera slānis, ko šoreiz sauc par stratopauzi.
Mezosfēra: vidējā atmosfēra
Mezosfēra atrodas aptuveni 50-80 km attālumā no Zemes virsmas. Augšējā mezosfēra ir aukstākā dabiskā vieta uz Zemes, kur temperatūra var pazemināties zem -143 ° C.
Termosfēra: augšējā atmosfēra
Mezosfērai un mezopauzei seko termosfēra, kas atrodas no 80 līdz 700 km virs planētas virsmas un satur mazāk nekā 0,01% no visa atmosfēras apvalkā esošā gaisa. Temperatūra šeit sasniedz pat + 2000 ° C, bet sakarā ar spēcīgu gaisa retināšanu un gāzes molekulu trūkumu siltuma pārnesei, šīs augstās temperatūras tiek uztvertas kā ļoti aukstas.
Eksosfēra: atmosfēras un telpas robeža
Apmēram 700-10 000 km augstumā virs zemes virsmas atrodas eksosfēra – atmosfēras ārējā mala, kas robežojas ar kosmosu. Šeit ap Zemi riņķo meteoroloģiskie pavadoņi.
Kā ir ar jonosfēru?
Jonosfēra nav atsevišķs slānis, bet patiesībā šis termins tiek lietots, lai apzīmētu atmosfēru 60 līdz 1000 km augstumā. Tas ietver mezosfēras augšējās daļas, visu termosfēru un daļu no eksosfēras. Jonosfēra ir ieguvusi savu nosaukumu, jo šajā atmosfēras daļā Saules starojums tiek jonizēts, kad tā iet garām magnētiskie lauki Zeme tālāk