Atmosferos egzistavimą šalia žemės lemia šie veiksniai. Atmosferos sluoksniai - troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera ir egzosfera
Visi, kurie skrido lėktuvu, yra pripratę prie tokios žinutės: „mūsų skrydis yra 10 000 m aukštyje, temperatūra už borto – 50 °C“. Atrodo, nieko ypatingo. Kuo toliau nuo Saulės šildomo Žemės paviršiaus, tuo šalčiau. Daugelis žmonių mano, kad temperatūros mažėjimas didėjant ūgiui vyksta nuolat ir palaipsniui temperatūra krenta, artėjant prie erdvės temperatūros. Beje, mokslininkai taip manė iki XIX amžiaus pabaigos.
Pažvelkime atidžiau į oro temperatūros pasiskirstymą Žemėje. Atmosfera yra padalinta į kelis sluoksnius, kurie pirmiausia atspindi temperatūros pokyčių pobūdį.
Apatinis atmosferos sluoksnis vadinamas troposfera, o tai reiškia „sukimosi sfera“. Visi oro ir klimato pokyčiai yra šiame sluoksnyje vykstančių fizikinių procesų rezultatas. Viršutinė šio sluoksnio riba yra ten, kur temperatūros mažėjimą nuo aukščio pakeičia jos padidėjimas – maždaug 15-16 km aukštyje virš pusiaujo ir 7-8 km virš ašigalių. Kaip ir pati Žemė, taip ir mūsų planetos sukimosi įtakoje atmosfera šiek tiek išsilygina virš ašigalių ir išsipučia virš pusiaujo. Tačiau tai atmosferoje poveikis daug stipresnis nei kietame Žemės apvalkale.Kryptimi nuo Žemės paviršiaus iki viršutinės troposferos ribos oro temperatūra mažėja.Aukščiau pusiaujo minimali oro temperatūra apie -62°C , o virš ašigalių apie -45 ° C. Vidutinio klimato platumose daugiau nei 75% atmosferos masės yra troposferoje.Atogrąžose apie 90% yra troposferos masių atmosferoje.
1899 metais vertikalioje temperatūros profilyje tam tikrame aukštyje buvo nustatytas minimumas, o vėliau temperatūra šiek tiek pakilo. Šio padidėjimo pradžia reiškia perėjimą į kitą atmosferos sluoksnį – į stratosfera, kuris reiškia "sluoksnio sfera". Terminas stratosfera reiškia ir atspindi ankstesnę idėją apie sluoksnio, esančio virš troposferos, unikalumą. Stratosfera tęsiasi iki maždaug 50 km aukščio virš žemės paviršiaus. Jo bruožas yra , ypač staigus oro temperatūros padidėjimas Šis temperatūros padidėjimas paaiškinamas ozono susidarymo reakcija – viena iš pagrindinių cheminės reakcijos atsirandantys atmosferoje.
Didžioji ozono dalis yra susitelkusi maždaug 25 km aukštyje, tačiau apskritai ozono sluoksnis yra stipriai išilgai aukščio ištemptas apvalkalas, apimantis beveik visą stratosferą. Deguonies sąveika su ultravioletiniais spinduliais yra vienas iš palankių procesų žemės atmosferoje, prisidedančių prie gyvybės žemėje palaikymo. Šios energijos sugėrimas ozonu užkerta kelią per dideliam jos nutekėjimui į žemės paviršių, kur susidaro būtent toks energijos lygis, tinkamas egzistuoti. žemiškos formos gyvenimą. Ozonosfera šiek tiek sugeria spinduliavimo energija einantis per atmosferą. Dėl to ozonosferoje susidaro maždaug 0,62 °C vertikalus oro temperatūros gradientas 100 m, t. y. temperatūra su aukščiu kyla iki viršutinės stratosferos ribos – stratopauzės (50 km), pasiekdama, pagal kai kurie duomenys, 0 °C.
50–80 km aukštyje yra atmosferos sluoksnis, vadinamas mezosfera. Žodis „mezosfera“ reiškia „tarpinė sfera“, čia oro temperatūra toliau mažėja didėjant aukščiui. Virš mezosferos, sluoksnyje, vadinamame termosfera, temperatūra vėl pakyla iki maždaug 1000°C, o po to labai greitai nukrenta iki -96°C. Tačiau nenukrenta be galo, tada temperatūra vėl pakyla.
Termosfera yra pirmasis sluoksnis jonosfera. Skirtingai nuo anksčiau minėtų sluoksnių, jonosfera neišsiskiria temperatūra. Jonosfera yra elektrinio pobūdžio sritis, leidžianti užmegzti įvairius radijo ryšius. Jonosfera yra padalinta į kelis sluoksnius, žymint juos raidėmis D, E, F1 ir F2. Šie sluoksniai taip pat turi specialius pavadinimus. Skirstymąsi į sluoksnius lemia kelios priežastys, tarp kurių svarbiausia yra nevienoda sluoksnių įtaka radijo bangų pralaidumui. Žemiausias sluoksnis D daugiausia sugeria radijo bangas ir taip neleidžia joms plisti. Geriausiai ištirtas sluoksnis E yra maždaug 100 km aukštyje virš žemės paviršiaus. Jis taip pat vadinamas Kennelly-Heaviside sluoksniu pagal amerikiečių ir anglų mokslininkų, kurie vienu metu ir nepriklausomai atrado jį, vardų. E sluoksnis, kaip milžiniškas veidrodis, atspindi radijo bangas. Šio sluoksnio dėka ilgos radijo bangos sklinda didesnius atstumus, nei būtų galima tikėtis sklidus tik tiesia linija, neatsispindėdamos nuo E sluoksnio.F sluoksnis taip pat turi panašių savybių.Jis dar vadinamas Appleton sluoksniu. Kartu su Kennelly-Heaviside sluoksniu jis atspindi radijo bangas antžeminėms radijo stotims.Toks atspindys gali vykti įvairiais kampais. Appletono sluoksnis yra maždaug 240 km aukštyje.
Tolimiausias atmosferos regionas, antrasis jonosferos sluoksnis, dažnai vadinamas egzosfera. Šis terminas rodo kosmoso pakraščius šalia Žemės. Sunku tiksliai nustatyti, kur baigiasi atmosfera ir prasideda erdvė, nes atmosferos dujų tankis palaipsniui mažėja didėjant aukščiui, o pati atmosfera palaipsniui virsta beveik vakuumu, kuriame susitinka tik atskiros molekulės. Jau maždaug 320 km aukštyje atmosferos tankis toks mažas, kad molekulės gali nukeliauti daugiau nei 1 km nesusidurdamos viena su kita. Tolimiausia atmosferos dalis yra jos viršutinė riba, kuri yra nuo 480 iki 960 km aukštyje.
Daugiau informacijos apie procesus atmosferoje rasite svetainėje „Žemės klimatas“
Atmosfera yra Žemės oro apvalkalas. Išsiplėtęs iki 3000 km nuo žemės paviršiaus. Jo pėdsakus galima atsekti iki 10 000 km aukščio. A. netolygus tankis yra 50 5, jo masės sutelktos iki 5 km, 75% - iki 10 km, 90% - iki 16 km.
Atmosfera susideda iš oro – kelių dujų mechaninio mišinio.
Azotas(78%) atmosferoje atlieka deguonies skiediklio vaidmenį, reguliuojantį oksidacijos greitį, taigi ir biologinių procesų greitį bei intensyvumą. Azotas yra pagrindinis elementas žemės atmosfera, kuri nuolat keičiasi su gyvąja biosferos medžiaga, o pastarosios komponentai yra azoto junginiai (aminorūgštys, purinai ir kt.). Azoto gavyba iš atmosferos vyksta neorganiniais ir biocheminiais būdais, nors jie yra glaudžiai tarpusavyje susiję. Neorganinis ekstrahavimas yra susijęs su jo junginių N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3 susidarymu. Jie yra kritulių ir susidaro atmosferoje veikiant elektros iškrovoms perkūnijos metu arba vykstant fotocheminėms reakcijoms, veikiant saulės spinduliuotei.
Biologinį azoto fiksavimą kai kurios bakterijos vykdo simbiozėje su aukštesniais augalais dirvožemyje. Azotą taip pat fiksuoja kai kurie planktono mikroorganizmai ir dumbliai jūrinė aplinka. Kiekybine prasme biologinis azoto surišimas viršija jo neorganinį fiksavimą. Viso azoto mainai atmosferoje trunka apie 10 milijonų metų. Azoto randama vulkaninės kilmės dujose ir magminėse uolienose. Kaitinant įvairius kristalinių uolienų ir meteoritų pavyzdžius, azotas išsiskiria N 2 ir NH 3 molekulių pavidalu. Tačiau pagrindinė azoto buvimo forma tiek Žemėje, tiek antžeminėse planetose yra molekulinė. Amoniakas, patekęs į viršutinius atmosferos sluoksnius, greitai oksiduojasi, išskirdamas azotą. Nuosėdinėse uolienose jis palaidotas kartu su organinėmis medžiagomis ir didesnis kiekis randamas bituminėse nuosėdose. Šių uolienų regioninio metamorfizmo procese azotas patenka į skirtinga forma išleistas į žemės atmosferą.
Geocheminis azoto ciklas (
Deguonis(21%) gyvi organizmai naudoja kvėpavimui, yra dalis organinės medžiagos(baltymai riebalai angliavandeniai). Ozonas O 3 . blokuoja gyvybei pavojingą ultravioletinę spinduliuotę iš Saulės.
Deguonis yra antros pagal gausumą atmosferoje dujos, atliekančios nepaprastai svarbų vaidmenį daugelyje biosferos procesų. Dominuojanti jo egzistavimo forma yra O 2 . Viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, veikiant ultravioletinei spinduliuotei, vyksta deguonies molekulių disociacija, o maždaug 200 km aukštyje atominio deguonies ir molekulinio (O: O 2) santykis tampa lygus 10. Kai šios deguonies formos sąveikauja atmosferoje (20-30 km aukštyje), ozono juostoje (ozono skyde). Ozonas (O 3) yra būtinas gyviems organizmams, uždelsdamas didžiąją dalį jiems kenksmingos saulės ultravioletinės spinduliuotės.
Ankstyvosiose Žemės vystymosi stadijose laisvo deguonies atsirado labai mažais kiekiais dėl anglies dioksido ir vandens molekulių fotodisociacijos viršutiniuose atmosferos sluoksniuose. Tačiau šie nedideli kiekiai greitai buvo sunaudoti oksiduojant kitas dujas. Vandenyne atsiradus autotrofiniams fotosintetiniams organizmams, padėtis gerokai pasikeitė. Laisvo deguonies kiekis atmosferoje pradėjo palaipsniui didėti, aktyviai oksiduodamas daugelį biosferos komponentų. Taigi pirmosios laisvo deguonies dalys pirmiausia prisidėjo prie geležies geležies formų perėjimo į oksidą, o sulfidų - į sulfatus.
Galų gale laisvo deguonies kiekis Žemės atmosferoje pasiekė tam tikrą masę ir pasirodė subalansuotas taip, kad pagamintas kiekis tapo lygus absorbuotam kiekiui. Buvo nustatytas santykinis laisvo deguonies kiekio pastovumas atmosferoje.
Geocheminis deguonies ciklas (V.A. Vronskis, G.V. Voitkevičius)
Anglies dioksidas, eina į gyvosios medžiagos formavimąsi, o kartu su vandens garais sukuria vadinamąjį „šiltnamio (šiltnamio) efektą“.
Anglies (anglies dioksidas) - didžioji jos dalis atmosferoje yra CO 2 ir daug mažiau CH 4 pavidalu. Geocheminės anglies istorijos reikšmė biosferoje yra nepaprastai didelė, nes ji yra visų gyvieji organizmai. Gyvuose organizmuose susidaro sumažėjusios anglies formos ir aplinką biosferos oksiduojasi. Taip nusistovi gyvavimo ciklo cheminė apykaita: CO 2 ↔ gyvoji medžiaga.
Pagrindinis anglies dioksido šaltinis biosferoje yra vulkaninis aktyvumas, susijęs su pasaulietiniu mantijos degazavimu ir žemutiniais žemės plutos horizontais. Dalis šio anglies dioksido susidaro dėl terminio senovinių klinčių skilimo įvairiose metamorfinėse zonose. CO 2 migracija biosferoje vyksta dviem būdais.
Pirmasis metodas išreiškiamas CO 2 absorbcija fotosintezės metu, susidarant organinėms medžiagoms, o vėliau palankioje vietoje laidojant. mažinančias sąlygas litosferoje durpių, anglių, naftos, skalūnų pavidalu. Pagal antrąjį metodą dėl anglies migracijos hidrosferoje susidaro karbonatų sistema, kurioje CO 2 virsta H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. Tada, dalyvaujant kalciui (rečiau magniui ir geležiui), karbonatai nusodinami biogeniniu ir abiogeniniu būdu. Atsiranda stori klinčių ir dolomitų sluoksniai. Pasak A.B. Ronov, organinės anglies (Corg) ir karbonatinės anglies (Ccarb) santykis biosferos istorijoje buvo 1:4.
Kartu su pasauliniu anglies ciklu yra keletas mažų jo ciklų. Taigi sausumoje žali augalai dienos metu sugeria CO 2 fotosintezės procesui, o naktį išleidžia jį į atmosferą. Mirus gyviems organizmams žemės paviršiuje, organinės medžiagos oksiduojasi (dalyvaujant mikroorganizmams), į atmosferą išleidžiant CO 2. Pastaraisiais dešimtmečiais ypatingą vietą anglies cikle užėmė masinis iškastinio kuro deginimas ir jo kiekio padidėjimas šiuolaikinėje atmosferoje.
Anglies ciklas geografinis vokas(pagal F. Ramadą, 1981 m.)
Argonas- trečios pagal dažnumą atmosferos dujos, kurios ryškiai skiria jas nuo itin retai paplitusių kitų inertinių dujų. Tačiau argonas jame geologinė istorija dalijasi šių dujų likimu, kurioms būdingos dvi savybės:
- jų kaupimosi atmosferoje negrįžtamumas;
- glaudžiai susiję su kai kurių nestabilių izotopų radioaktyviuoju skilimu.
Inertinės dujos nepatenka į daugumos ciklinių elementų cirkuliaciją Žemės biosferoje.
Visos inertinės dujos gali būti suskirstytos į pirmines ir radiogenines. Pirminiai yra tie, kuriuos Žemė užfiksavo formuojantis. Jie itin reti. Pirminę argono dalį daugiausia sudaro 36 Ar ir 38 Ar izotopai, o atmosferos argoną sudaro tik 40 Ar izotopas (99,6 %), kuris neabejotinai yra radiogeniškas. Kalio turinčiose uolienose radiogeninis argonas, susikaupęs dėl kalio-40 skilimo elektronų gaudymo būdu: 40 K + e → 40 Ar.
Todėl argono kiekį uolienose lemia jų amžius ir kalio kiekis. Šiuo mastu helio koncentracija uolienose priklauso nuo jų amžiaus ir torio bei urano kiekio. Argonas ir helis patenka į atmosferą iš žemės vidaus ugnikalnių išsiveržimų metu, per žemės plutos įtrūkimus dujų čiurkšlių pavidalu, taip pat uolienų dūlėjimo metu. Remiantis P. Dimon ir J. Culp atliktais skaičiavimais, helis ir argonas šiuolaikinėje epochoje kaupiasi žemės plutoje ir į atmosferą patenka palyginti nedideliais kiekiais. Šių radiogeninių dujų patekimo greitis yra toks mažas, kad per Žemės geologinę istoriją ji negalėjo pateikti stebimo jų kiekio šiuolaikinėje atmosferoje. Todėl belieka manyti, kad didžioji dalis atmosferos argono atkeliavo iš Žemės žarnų ankstyviausiuose jos vystymosi etapuose, o daug mažesnė dalis buvo pridėta vėliau vulkanizmo procese ir kalio dūlėjimo metu. kuriuose yra uolų.
Taigi geologiniu laiku helis ir argonas turėjo skirtingus migracijos procesus. Atmosferoje helio yra labai mažai (apie 5 * 10–4%), o Žemės „helio kvėpavimas“ buvo lengvesnis, nes jis, kaip lengviausios dujos, pateko į kosmosą. Ir "argono kvėpavimas" - sunkusis ir argonas liko mūsų planetoje. Dauguma pirminių inertinių dujų, tokių kaip neonas ir ksenonas, buvo susijusios su pirminiu neonu, kurį Žemė užfiksavo formuojantis, taip pat su išmetimu į atmosferą mantijos degazavimo metu. Duomenų apie tauriųjų dujų geochemiją visuma rodo, kad pirminė Žemės atmosfera atsirado ankstyviausiuose jos vystymosi etapuose.
Atmosferoje yra vandens garai Ir vandens skystoje ir kietoje būsenoje. Vanduo atmosferoje yra svarbus šilumos akumuliatorius.
Apatiniuose atmosferos sluoksniuose yra didelis skaičius mineralinės ir technogeninės dulkės ir aerozoliai, degimo produktai, druskos, sporos ir augalų žiedadulkės ir kt.
Iki 100-120 km aukščio dėl visiško oro susimaišymo atmosferos sudėtis yra vienalytė. Azoto ir deguonies santykis yra pastovus. Aukščiau vyrauja inertinės dujos, vandenilis ir kt.Apatiniuose atmosferos sluoksniuose yra vandens garų. Didėjant atstumui nuo žemės, jo kiekis mažėja. Aukščiau keičiasi dujų santykis, pavyzdžiui, 200–800 km aukštyje deguonis viršija azotą 10–100 kartų.
Atmosfera turi skirtingus oro sluoksnius. Oro sluoksniai skiriasi temperatūra, dujų skirtumu ir jų tankiu bei slėgiu. Pažymėtina, kad stratosferos ir troposferos sluoksniai apsaugo Žemę nuo saulės spinduliuotės. Aukštesniuose sluoksniuose gyvas organizmas gali gauti mirtiną ultravioletinių saulės spindulių spektro dozę. Norėdami greitai pereiti į norimą atmosferos sluoksnį, spustelėkite atitinkamą sluoksnį:
Troposfera ir tropopauzė
Troposfera – temperatūra, slėgis, aukštis virš jūros lygio
Viršutinė riba laikoma maždaug 8–10 km. Vidutinio klimato platumose 16 - 18 km, o poliarinėse 10 - 12 km. Troposfera Tai apatinis pagrindinis atmosferos sluoksnis. Šiame sluoksnyje yra daugiau nei 80% visos masės atmosferos oras ir beveik 90% visų vandens garų. Būtent troposferoje atsiranda konvekcija ir turbulencija, susidaro debesys, ciklonai. Temperatūra mažėja didėjant ūgiui. Gradientas: 0,65°/100 m. Įkaitusi žemė ir vanduo įkaitina gaubiamąjį orą. Įkaitęs oras kyla aukštyn, atvėsta ir susidaro debesys. Temperatūra viršutinėse sluoksnio ribose gali siekti -50/70 °C.
Būtent šiame sluoksnyje keičiasi klimato oro sąlygos. Apatinė troposferos riba vadinama paviršius nes jame yra daug lakiųjų mikroorganizmų ir dulkių. Vėjo greitis didėja didėjant šio sluoksnio aukščiui.
tropopauzė
Tai pereinamasis troposferos sluoksnis į stratosferą. Čia nutrūksta temperatūros mažėjimo priklausomybė didėjant aukščiui. Tropopauzė – tai mažiausias aukštis, kuriame vertikalus temperatūros gradientas nukrenta iki 0,2°C/100 m. Tropopauzės aukštis priklauso nuo stiprių klimato reiškinių, tokių kaip ciklonai. Tropopauzės aukštis virš ciklonų mažėja, o virš anticiklonų didėja.
Stratosfera ir stratopauzė
Stratosferos sluoksnio aukštis yra maždaug nuo 11 iki 50 km. 11-25 km aukštyje yra nedidelis temperatūros pokytis. 25–40 km aukštyje, inversija temperatūra, nuo 56,5 pakyla iki 0,8°C. Nuo 40 km iki 55 km temperatūra išlieka apie 0°C. Ši sritis vadinama - stratopauzė.
Stratosferoje stebimas saulės spinduliuotės poveikis dujų molekulėms, jos disocijuoja į atomus. Šiame sluoksnyje beveik nėra vandens garų. Šiuolaikiniai viršgarsiniai komerciniai orlaiviai dėl stabilių skrydžio sąlygų skrenda iki 20 km aukštyje. Didelio aukščio oro balionai pakyla į 40 km aukštį. Čia yra pastovios oro srovės, jų greitis siekia 300 km/val. Taip pat šiame sluoksnyje yra koncentruotas ozonas, sluoksnis, sugeriantis ultravioletinius spindulius.
Mezosfera ir mezopauzė – sudėtis, reakcijos, temperatūra
Mezosferos sluoksnis prasideda apie 50 km ir baigiasi apie 80-90 km. Temperatūra kylant aukštyn sumažėja apie 0,25-0,3°C/100 m. Čia pagrindinis energijos efektas yra spinduliuotės šilumos mainai. Sudėtingi fotocheminiai procesai, kuriuose dalyvauja laisvieji radikalai (turi 1 arba 2 nesuporuotus elektronus) nuo jie įgyvendina švytėjimas atmosfera.
Beveik visi meteorai sudega mezosferoje. Mokslininkai šią sritį pavadino Ignorosfera. Šią zoną tyrinėti sunku, nes aerodinaminė aviacija čia labai prasta dėl oro tankio, kuris yra 1000 kartų mažesnis nei Žemėje. Ir bėgti dirbtiniai palydovai tankis vis dar labai didelis. Tyrimai atliekami meteorologinių raketų pagalba, bet tai – iškrypimas. mezopauzė pereinamasis sluoksnis tarp mezosferos ir termosferos. Minimali temperatūra -90°C.
Karmano linija
Kišeninė linija vadinama riba tarp Žemės atmosferos ir kosmoso. Tarptautinės aviacijos federacijos (FAI) duomenimis, šios sienos aukštis siekia 100 km. Šis apibrėžimas buvo pateiktas amerikiečių mokslininko Theodoro von Karmano garbei. Jis nustatė, kad maždaug tokiame aukštyje atmosferos tankis yra toks mažas, kad aerodinaminė aviacija čia tampa neįmanoma, nes orlaivio greitis turi būti didesnis pirmasis erdvės greitis. Tokiame aukštyje garso barjero sąvoka praranda prasmę. Čia jūs galite valdyti orlaivį tik dėl reaktyviųjų jėgų.
Termosfera ir termopauzė
Viršutinė šio sluoksnio riba yra apie 800 km. Temperatūra pakyla iki maždaug 300 km, kur siekia apie 1500 K. Aukščiau temperatūra išlieka nepakitusi. Šiame sluoksnyje yra Poliarinės šviesos- atsiranda dėl saulės spinduliuotės poveikio orui. Šis procesas dar vadinamas atmosferos deguonies jonizacija.
Dėl mažo oro retėjimo skrydžiai virš Karmano linijos galimi tik balistinėmis trajektorijomis. Visi pilotuojami orbitiniai skrydžiai (išskyrus skrydžius į Mėnulį) vyksta šiame atmosferos sluoksnyje.
Egzosfera – tankis, temperatūra, aukštis
Egzosferos aukštis viršija 700 km. Čia dujos labai išretėja, o procesas vyksta išsklaidymas- dalelių nutekėjimas į tarpplanetinę erdvę. Tokių dalelių greitis gali siekti 11,2 km/sek. Aukštis saulės aktyvumas veda prie šio sluoksnio storio išsiplėtimo.
- Dujų korpusas neskrenda į kosmosą dėl gravitacijos. Orą sudaro dalelės, turinčios savo masę. Iš gravitacijos dėsnio galima daryti išvadą, kad kiekvienas objektas, turintis masę, traukia Žemę.
- Buys-Ballot įstatymas teigia, kad jei esate šiauriniame pusrutulyje ir stovite nugara į vėją, tada zona bus dešinėje aukštas spaudimas, o kairėje - žemas. Pietų pusrutulyje bus atvirkščiai.
Kartais atmosfera, kuri supa mūsų planetą storu sluoksniu, vadinama penktuoju vandenynu. Nenuostabu, kad antrasis orlaivio pavadinimas yra orlaivis. Atmosfera yra įvairių dujų mišinys, tarp kurių vyrauja azotas ir deguonis. Būtent pastarųjų dėka gyvybė planetoje įmanoma tokia forma, prie kurios mes visi esame įpratę. Be jų, yra dar 1% kitų komponentų. Tai inertinės (neįsileidžiančios į cheminę sąveiką) dujos, sieros oksidas.Penktame vandenyne taip pat yra mechaninių priemaišų: dulkių, pelenų ir kt.Visi atmosferos sluoksniai iš viso tęsiasi beveik 480 km nuo paviršiaus (duomenys skirtingi, darysime). Apsvarstykite šį klausimą išsamiau Toliau). Toks įspūdingas storis suformuoja savotišką nepramušamą skydą, saugantį planetą nuo destruktyvios kosminės spinduliuotės ir didelių objektų.
Išskiriami šie atmosferos sluoksniai: troposfera, po to stratosfera, vėliau mezosfera ir galiausiai termosfera. Aukščiau pateikta tvarka prasideda nuo planetos paviršiaus. Tankius atmosferos sluoksnius vaizduoja pirmieji du. Jie išfiltruoja didelę dalį destruktyvaus
Žemiausias atmosferos sluoksnis – troposfera – tėra 12 km virš jūros lygio (tropikuose – 18 km). Čia susikaupę iki 90% vandens garų, todėl jame susidaro debesys. Čia taip pat sutelkta didžioji dalis oro. Visi paskesni atmosferos sluoksniai yra šaltesni, nes artumas prie paviršiaus leidžia atspindėti saulės spinduliams šildyti orą.
Stratosfera tęsiasi iki beveik 50 km nuo paviršiaus. Šiame sluoksnyje „plaukioja“ dauguma orų balionų. Čia taip pat gali skristi kai kurių tipų orlaiviai. Viena iš nuostabių savybių yra temperatūros režimas: intervale nuo 25 iki 40 km prasideda oro temperatūros kilimas. Nuo -60 pakyla beveik iki 1. Tada šiek tiek sumažėja iki nulio, kuris išsilaiko iki 55 km aukščio. Viršutinė riba yra liūdnai pagarsėjusi
Be to, mezosfera tęsiasi beveik iki 90 km. Oro temperatūra čia smarkiai nukrenta. Kiekvienam 100 metrų aukščio sumažėja 0,3 laipsnio. Kartais tai vadinama šalčiausia atmosferos dalimi. Oro tankis mažas, tačiau jo visiškai pakanka, kad būtų sukurtas atsparumas krentant meteorams.
Atmosferos sluoksniai įprasta prasme baigiasi maždaug 118 km aukštyje. Čia formuojasi garsiosios auroros. Termosferos sritis prasideda aukščiau. Dėl rentgeno spindulių įvyksta tų kelių oro molekulių, esančių šioje srityje, jonizacija. Šie procesai sukuria vadinamąją jonosferą (ji dažnai įtraukiama į termosferą, todėl atskirai nenagrinėjama).
Viskas, kas viršija 700 km, vadinama egzosfera. oro yra itin maža, todėl jie juda laisvai, nepatiria pasipriešinimo dėl susidūrimų. Tai leidžia kai kuriems iš jų kaupti energiją, atitinkančią 160 laipsnių Celsijaus, o aplinkos temperatūra yra žema. Dujų molekulės pasiskirsto visame egzosferos tūryje pagal savo masę, todėl sunkiausias iš jų galima rasti tik apatinėje sluoksnio dalyje. Didėjant aukščiui mažėjanti planetos trauka nebepajėgia sulaikyti molekulių, todėl kosminės didelės energijos dalelės ir radiacija dujų molekulėms suteikia impulsą, pakankamą palikti atmosferą. Šis regionas yra vienas ilgiausių: manoma, kad didesniame nei 2000 km aukštyje atmosfera visiškai pereina į kosmoso vakuumą (kartais pasirodo net skaičius 10000). Dirbtinės orbitos vis dar termosferoje.
Visi šie skaičiai yra apytiksliai, nes atmosferos sluoksnių ribos priklauso nuo daugelio veiksnių, pavyzdžiui, nuo Saulės aktyvumo.
Žemės sudėtis. Oras
Oras yra mechaninis įvairių dujų, sudarančių Žemės atmosferą, mišinys. Oras yra būtinas gyvų organizmų kvėpavimui ir plačiai naudojamas pramonėje.
Tai, kad oras yra mišinys, o ne vienalytė medžiaga, buvo įrodyta per škotų mokslininko Josepho Blacko eksperimentus. Vieno jų metu mokslininkas išsiaiškino, kad kaitinant baltąją magneziją (magnio karbonatą), išsiskiria „surištas oras“, tai yra anglies dioksidas, susidaro sudegusi magnezija (magnio oksidas). Priešingai, kai deginamas kalkakmenis, „surištas oras“ pašalinamas. Remdamasis šiais eksperimentais, mokslininkas padarė išvadą, kad anglies ir šarminių šarmų skirtumas yra tas, kad pirmieji apima anglies dioksidą, kuris yra vienas iš oro komponentų. Šiandien mes žinome, kad be anglies dioksido, žemės oro sudėtis apima:
Lentelėje nurodytas dujų santykis žemės atmosferoje būdingas jos apatiniams sluoksniams, iki 120 km aukščio. Šiose srityse yra gerai sumaišytas, vienalytis regionas, vadinamas homosfera. Virš homosferos yra heterosfera, kuriai būdingas dujų molekulių skilimas į atomus ir jonus. Regionai vienas nuo kito atskirti turbopauze.
Cheminė reakcija, kurios metu, veikiant saulės ir kosminei spinduliuotei, molekulės skyla į atomus, vadinama fotodisociacija. Skilimo metu molekuliniam deguoniui susidaro atominis deguonis, kuris yra pagrindinės atmosferos dujos aukštesniame nei 200 km aukštyje. Didesniame nei 1200 km aukštyje pradeda vyrauti vandenilis ir helis, kurie yra lengviausios iš dujų.
Kadangi didžioji oro dalis yra sutelkta 3 apatiniuose atmosferos sluoksniuose, oro sudėties pokyčiai didesniame nei 100 km aukštyje neturi pastebimos įtakos bendrai atmosferos sudėčiai.
Azotas yra labiausiai paplitusios dujos, kurios sudaro daugiau nei tris ketvirtadalius žemės oro tūrio. Šiuolaikinis azotas susidarė ankstyvajai amoniako-vandenilio atmosferai oksiduojantis molekuliniu deguonimi, kuris susidaro fotosintezės metu. Šiuo metu nedidelis azoto kiekis patenka į atmosferą dėl denitrifikacijos – nitratų redukavimo į nitritus proceso, po kurio susidaro dujiniai oksidai ir molekulinis azotas, kurį gamina anaerobiniai prokariotai. Dalis azoto į atmosferą patenka ugnikalnių išsiveržimų metu.
Viršutinėje atmosferoje, veikiant elektros iškrovoms, dalyvaujant ozonui, molekulinis azotas oksiduojasi iki azoto monoksido:
N 2 + O 2 → 2NO
Normaliomis sąlygomis monoksidas iš karto reaguoja su deguonimi, sudarydamas azoto oksidą:
2NO + O 2 → 2N 2 O
Azotas yra pats svarbiausias cheminis elementasžemės atmosfera. Azotas yra baltymų dalis, suteikia augalams mineralinę mitybą. Jis lemia biocheminių reakcijų greitį, atlieka deguonies skiediklio vaidmenį.
Deguonis yra antros pagal gausumą dujos Žemės atmosferoje. Šių dujų susidarymas yra susijęs su augalų ir bakterijų fotosintezės aktyvumu. Kuo įvairėjo ir daugėjo fotosintetinių organizmų, tuo reikšmingesnis tapo deguonies kiekio atmosferoje procesas. Mantijos degazavimo metu išsiskiria nedidelis sunkiojo deguonies kiekis.
Viršutiniuose troposferos ir stratosferos sluoksniuose, veikiant ultravioletinei saulės spinduliuotei (žymime hν), susidaro ozonas:
O 2 + hν → 2O
Dėl tos pačios ultravioletinės spinduliuotės poveikio ozonas skyla:
O 3 + hν → O 2 + O
O 3 + O → 2O 2
Pirmosios reakcijos metu susidaro atominis deguonis, antrosios - molekulinis deguonis. Visos 4 reakcijos vadinamos Chapmano mechanizmu britų mokslininko Sidney Chapman vardu, kuris jas atrado 1930 m.
Deguonis naudojamas gyvų organizmų kvėpavimui. Su jo pagalba vyksta oksidacijos ir degimo procesai.
Ozonas apsaugo gyvus organizmus nuo ultravioletinės spinduliuotės, sukeliančios negrįžtamas mutacijas. Didžiausia ozono koncentracija stebima žemutinėje stratosferoje vadinamojoje. ozono sluoksnis arba ozono ekranas, esantis 22-25 km aukštyje. Ozono kiekis mažas: at normalus slėgis visas žemės atmosferoje esantis ozonas užimtų tik 2,91 mm storio sluoksnį.
Trečiųjų pagal dažnumą atmosferoje dujų – argono, taip pat neono, helio, kriptono ir ksenono susidarymas siejamas su ugnikalnių išsiveržimais ir radioaktyvių elementų irimu.
Visų pirma helis yra urano, torio ir radžio radioaktyvaus skilimo produktas: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (šiose reakcijose α- dalelė yra helio branduolys, kuris energijos praradimo procese sugauna elektronus ir tampa 4 He).
Argonas susidaro irstant kalio radioaktyviajam izotopui: 40 K → 40 Ar + γ.
Neonas išbėga iš magminių uolienų.
Kriptonas susidaro kaip galutinis urano (235 U ir 238 U) ir torio Th skilimo produktas.
Didžioji dalis atmosferos kriptono susidarė ankstyvosiose Žemės evoliucijos stadijose dėl fenomenaliai trumpo pusėjimo trukmės transurano elementų skilimo arba atkeliavo iš kosmoso, kuriame kriptono kiekis yra dešimt milijonų kartų didesnis nei Žemėje. .
Ksenonas yra urano skilimo rezultatas, tačiau didžioji dalis šių dujų lieka iš ankstyvųjų Žemės formavimosi etapų – pirminės atmosferos.
Anglies dioksidas į atmosferą patenka dėl ugnikalnių išsiveržimų ir organinių medžiagų irimo procese. Jo kiekis vidutinių Žemės platumų atmosferoje labai skiriasi priklausomai nuo metų laikų: žiemą CO 2 kiekis didėja, o vasarą mažėja. Šis svyravimas yra susijęs su augalų, kurie fotosintezės procese naudoja anglies dioksidą, veikla.
Vandenilis susidaro skaidant vandenį veikiant saulės spinduliuotei. Tačiau, būdama lengviausia iš atmosferą sudarančių dujų, ji nuolat patenka į kosmosą, todėl jos kiekis atmosferoje yra labai mažas.
Vandens garai yra vandens išgaravimo iš ežerų, upių, jūrų ir sausumos paviršiaus rezultatas.
Pagrindinių dujų koncentracija apatiniuose atmosferos sluoksniuose, išskyrus vandens garus ir anglies dioksidą, yra pastovi. Mažais kiekiais atmosferoje yra sieros oksido SO 2, amoniako NH 3, anglies monoksido CO, ozono O 3, vandenilio chlorido HCl, vandenilio fluorido HF, azoto monoksido NO, angliavandenilių, gyvsidabrio garų Hg, jodo I 2 ir daugelio kitų. Apatiniame troposferos atmosferos sluoksnyje nuolat yra daug skendinčių kietųjų ir skystųjų dalelių.
Kietųjų dalelių šaltiniai Žemės atmosferoje yra ugnikalnių išsiveržimai, augalų žiedadulkės, mikroorganizmai, o pastaruoju metu ir žmogaus veikla, pavyzdžiui, iškastinio kuro deginimas gamybos procesuose. Mažiausios dulkių dalelės, kurios yra kondensacijos branduoliai, yra rūko ir debesų susidarymo priežastys. Be nuolat atmosferoje esančių kietųjų dalelių krituliai Žemėje neiškristų.
Įkeliama...
