Existencia atmosféry v blízkosti Zeme je určená nasledujúcimi faktormi. Vrstvy atmosféry – troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra a exosféra
Každý, kto letel v lietadle, je zvyknutý na takéto správy: "náš let je vo výške 10 000 m, teplota cez palubu je 50 ° C." Zdá sa, že to nie je nič zvláštne. Čím ďalej od povrchu Zeme ohrievaného Slnkom, tým je chladnejšie. Mnoho ľudí si myslí, že pokles teploty s výškou pokračuje nepretržite a postupne teplota klesá a blíži sa k teplote vesmíru. Mimochodom, vedci si to mysleli až do konca 19. storočia.
Pozrime sa bližšie na rozloženie teploty vzduchu na Zemi. Atmosféra je rozdelená do niekoľkých vrstiev, ktoré odrážajú predovšetkým charakter teplotných zmien.
Spodná vrstva atmosféry je tzv troposféra, čo znamená „sféra rotácie". Všetky zmeny počasia a klímy sú výsledkom fyzikálnych procesov prebiehajúcich v tejto vrstve. Horná hranica tejto vrstvy sa nachádza tam, kde je pokles teploty s výškou nahradený jej nárastom - približne pri výška 15-16 km nad rovníkom a 7-8 km nad pólmi.Ako Zem samotná, aj atmosféra vplyvom rotácie našej planéty je nad pólmi trochu sploštená a nad rovníkom sa nafukuje. účinok je oveľa silnejší v atmosfére ako v pevnom obale Zeme.V smere od povrchu Zeme k hornej hranici troposféry teplota vzduchu klesá.Nad rovníkom je minimálna teplota vzduchu cca -62°C a nad pólmi okolo -45 °C. V miernych zemepisných šírkach je viac ako 75 % hmotnosti atmosféry v troposfére, v trópoch asi 90 % v rámci troposférických hmôt atmosféry.
V roku 1899 sa vo vertikálnom teplotnom profile v určitej nadmorskej výške našlo minimum a potom sa teplota mierne zvýšila. Začiatok tohto nárastu znamená prechod do ďalšej vrstvy atmosféry – do stratosféra, čo znamená „vrstvová guľa". Výraz stratosféra znamená a odráža niekdajšiu predstavu o jedinečnosti vrstvy ležiacej nad troposférou. Stratosféra siaha do výšky asi 50 km nad zemským povrchom. Jej črtou je , najmä prudký nárast teploty vzduchu.Toto zvýšenie teploty sa vysvetľuje reakciou tvorby ozónu - jednou z hlavných chemické reakcie vyskytujúce sa v atmosfére.
Prevažná časť ozónu je sústredená v nadmorských výškach okolo 25 km, ale vo všeobecnosti je ozónová vrstva plášťom silne natiahnutým pozdĺž výšky a pokrýva takmer celú stratosféru. Interakcia kyslíka s ultrafialovými lúčmi je jedným z priaznivých procesov v zemskej atmosfére, ktoré prispievajú k zachovaniu života na Zemi. Absorpcia tejto energie ozónom bráni jej nadmernému prúdeniu na zemský povrch, kde sa vytvorí presne taká energetická hladina, ktorá je vhodná na existenciu. pozemské formyživota. Ozonosféra pohlcuje niektoré žiarivá energia prechádzajúci atmosférou. V dôsledku toho sa v ozonosfére vytvorí vertikálny teplotný gradient vzduchu približne 0,62 °C na 100 m, t.j. teplota stúpa s výškou až po hornú hranicu stratosféry - stratopauzu (50 km) a dosahuje niektoré údaje, 0 °C.
Vo výškach od 50 do 80 km sa nachádza vrstva atmosféry tzv mezosféra. Slovo "mezosféra" znamená "stredná sféra", tu teplota vzduchu s výškou stále klesá. Nad mezosférou, vo vrstve tzv termosféra, teplota opäť stúpa s nadmorskou výškou až na cca 1000°C a potom veľmi rýchlo klesá na -96°C. Neklesá však donekonečna, potom teplota opäť stúpa.
Termosféra je prvá vrstva ionosféra. Na rozdiel od vyššie uvedených vrstiev nie je ionosféra rozlíšená teplotou. Ionosféra je oblasť elektrického charakteru, ktorá umožňuje mnoho typov rádiovej komunikácie. Ionosféra je rozdelená do niekoľkých vrstiev, ktoré sú označené písmenami D, E, F1 a F2.Tieto vrstvy majú aj špeciálne názvy. Rozdelenie na vrstvy je spôsobené niekoľkými dôvodmi, z ktorých najdôležitejší je nerovnaký vplyv vrstiev na prechod rádiových vĺn. Najnižšia vrstva D pohlcuje predovšetkým rádiové vlny a tým zabraňuje ich ďalšiemu šíreniu. Najlepšie prebádaná vrstva E sa nachádza vo výške asi 100 km nad zemským povrchom. Nazýva sa aj vrstva Kennelly-Heaviside podľa mien amerických a anglických vedcov, ktorí ju súčasne a nezávisle objavili. Vrstva E ako obrovské zrkadlo odráža rádiové vlny. Vďaka tejto vrstve sa dlhé rádiové vlny dostanú na väčšie vzdialenosti, než by sa dalo očakávať, keby sa šírili len priamočiaro, bez toho, aby sa odrážali od vrstvy E. Podobné vlastnosti má aj vrstva F. Nazýva sa aj vrstva Appleton. Spolu s Kennelly-Heaviside vrstvou odráža rádiové vlny k pozemným rádiovým staniciam.Takýto odraz môže nastať pod rôznymi uhlami. Vrstva Appleton sa nachádza v nadmorskej výške asi 240 km.
Najvzdialenejšia oblasť atmosféry, druhá vrstva ionosféry, sa často nazýva exosféra. Tento výraz označuje existenciu okrajových častí vesmíru v blízkosti Zeme. Je ťažké presne určiť, kde končí atmosféra a začína priestor, keďže hustota atmosférických plynov s výškou postupne klesá a samotná atmosféra sa postupne mení na takmer vákuum, v ktorom sa stretávajú len jednotlivé molekuly. Už vo výške asi 320 km je hustota atmosféry taká nízka, že molekuly môžu prejsť viac ako 1 km bez toho, aby sa navzájom zrazili. Ako jej horná hranica slúži najvzdialenejšia časť atmosféry, ktorá sa nachádza vo výškach od 480 do 960 km.
Viac informácií o procesoch v atmosfére nájdete na stránke "Klíma Zeme"
Atmosféra je vzdušný obal Zeme. Rozprestiera sa až 3000 km od zemského povrchu. Jeho stopy možno vystopovať do výšky až 10 000 km. A. má nerovnomernú hustotu 50 5, jej hmotnosti sú sústredené do 5 km, 75 % - do 10 km, 90 % - do 16 km.
Atmosféru tvorí vzduch - mechanická zmes niekoľkých plynov.
Dusík(78%) v atmosfére zohráva úlohu riedidla kyslíka, regulujúceho rýchlosť oxidácie a tým aj rýchlosť a intenzitu biologických procesov. Hlavným prvkom je dusík zemskú atmosféru, ktorá sa nepretržite vymieňa so živou hmotou biosféry a jej zložkami sú zlúčeniny dusíka (aminokyseliny, puríny atď.). K extrakcii dusíka z atmosféry dochádza anorganickými a biochemickými spôsobmi, hoci spolu úzko súvisia. Anorganická extrakcia je spojená s tvorbou jej zlúčenín N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3 . Oni sú v zrážok a vznikajú v atmosfére pôsobením elektrických výbojov počas búrok alebo fotochemických reakcií pod vplyvom slnečného žiarenia.
Biologickú fixáciu dusíka vykonávajú niektoré baktérie v symbióze s vyššími rastlinami v pôdach. Dusík je tiež fixovaný niektorými planktónovými mikroorganizmami a riasami morské prostredie. Z kvantitatívneho hľadiska biologická väzba dusíka prevyšuje jeho anorganickú fixáciu. Výmena všetkého dusíka v atmosfére trvá približne 10 miliónov rokov. Dusík sa nachádza v plynoch sopečného pôvodu a vo vyvrelých horninách. Pri zahrievaní rôznych vzoriek kryštalických hornín a meteoritov sa dusík uvoľňuje vo forme molekúl N 2 a NH 3 . Avšak hlavná forma prítomnosti dusíka, ako na Zemi, tak aj na terestrických planétach, je molekulárna. Amoniak, ktorý sa dostane do hornej atmosféry, sa rýchlo oxiduje a uvoľňuje dusík. V sedimentárnych horninách je pochovaný spolu s organickou hmotou a vo zvýšenom množstve sa nachádza v bitúmenových ložiskách. V procese regionálnej metamorfózy týchto hornín sa dusík v iná forma uvoľnené do zemskej atmosféry.
Geochemický cyklus dusíka (
Kyslík(21 %) využívajú živé organizmy na dýchanie, je súčasťou organickej hmoty(bielkoviny tuky sacharidy). Ozón O 3 . blokovanie život ohrozujúceho ultrafialového žiarenia zo Slnka.
Kyslík je druhým najrozšírenejším plynom v atmosfére a zohráva mimoriadne dôležitú úlohu v mnohých procesoch v biosfére. Dominantnou formou jeho existencie je O 2 . V horných vrstvách atmosféry dochádza vplyvom ultrafialového žiarenia k disociácii molekúl kyslíka a vo výške asi 200 km sa pomer atómového kyslíka k molekulovému (O:O 2) rovná 10. Keď tieto formy kyslíka interagujú v atmosfére (vo výške 20-30 km), ozónový pás (ozónový štít). Ozón (O 3) je nevyhnutný pre živé organizmy, spomaľuje väčšinu slnečného ultrafialového žiarenia, ktoré je pre ne škodlivé.
V počiatočných štádiách vývoja Zeme voľný kyslík vznikal vo veľmi malých množstvách ako výsledok fotodisociácie molekúl oxidu uhličitého a vody v hornej atmosfére. Tieto malé množstvá sa však rýchlo spotrebovali pri oxidácii iných plynov. S príchodom autotrofných fotosyntetických organizmov v oceáne sa situácia výrazne zmenila. Množstvo voľného kyslíka v atmosfére sa začalo postupne zvyšovať a aktívne oxidovať mnohé zložky biosféry. Prvé časti voľného kyslíka teda primárne prispeli k prechodu železnatých foriem železa na oxid a sulfidov na sírany.
Nakoniec množstvo voľného kyslíka v zemskej atmosfére dosiahlo určitú hmotnosť a ukázalo sa, že je vyvážené tak, že vyprodukované množstvo sa rovná absorbovanému množstvu. V atmosfére bola stanovená relatívna stálosť obsahu voľného kyslíka.
Geochemický kyslíkový cyklus (V.A. Vronskij, G.V. Voitkevich)
Oxid uhličitý, ide k tvorbe živej hmoty a spolu s vodnou parou vytvára takzvaný „skleníkový (skleníkový) efekt“.
Uhlík (oxid uhličitý) – väčšina z neho je v atmosfére vo forme CO 2 a oveľa menej vo forme CH 4. Význam geochemickej histórie uhlíka v biosfére je mimoriadne veľký, pretože je súčasťou všetkého živé organizmy. V rámci živých organizmov sa vyskytujú redukované formy uhlíka a v životné prostredie biosféry sú oxidované. Tak je stanovená chemická výmena životného cyklu: CO 2 ↔ živá hmota.
Primárnym zdrojom oxidu uhličitého v biosfére je vulkanická činnosť spojená so sekulárnym odplyňovaním plášťa a spodných horizontov zemskej kôry. Časť tohto oxidu uhličitého vzniká tepelným rozkladom starých vápencov v rôznych metamorfovaných zónach. Migrácia CO 2 v biosfére prebieha dvoma spôsobmi.
Prvý spôsob je vyjadrený v absorpcii CO 2 počas fotosyntézy s tvorbou organických látok a následným pochovaním v priaznivom redukčných podmienok v litosfére vo forme rašeliny, uhlia, ropy, ropných bridlíc. Podľa druhého spôsobu migrácia uhlíka vedie k vytvoreniu karbonátového systému v hydrosfére, kde sa CO 2 mení na H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. Potom za účasti vápnika (menej často horčíka a železa) dochádza k zrážaniu uhličitanov biogénnym a abiogénnym spôsobom. Objavujú sa hrubé vrstvy vápencov a dolomitov. Podľa A.B. Ronov, pomer organického uhlíka (Corg) k uhličitanovému uhlíku (Ccarb) v histórii biosféry bol 1:4.
Spolu s globálnym cyklom uhlíka existuje množstvo jeho malých cyklov. Takže na súši zelené rastliny počas dňa absorbujú CO 2 pre proces fotosyntézy a v noci ho vypúšťajú do atmosféry. Smrťou živých organizmov na zemskom povrchu dochádza k oxidácii organickej hmoty (za účasti mikroorganizmov) s uvoľňovaním CO 2 do atmosféry. V posledných desaťročiach zaujíma osobitné miesto v uhlíkovom cykle masívne spaľovanie fosílnych palív a zvyšovanie ich obsahu v modernej atmosfére.
Cyklus uhlíka v geografická obálka(podľa F. Ramada, 1981)
argón- tretí najbežnejší atmosférický plyn, ktorý ho výrazne odlišuje od extrémne zriedkavo bežných iných inertných plynov. Avšak, argón vo svojom geologická história zdieľa osud týchto plynov, ktoré sa vyznačujú dvoma vlastnosťami:
- nezvratnosť ich akumulácie v atmosfére;
- úzke spojenie s rádioaktívnym rozpadom určitých nestabilných izotopov.
Inertné plyny sú mimo obehu väčšiny cyklických prvkov v biosfére Zeme.
Všetky inertné plyny možno rozdeliť na primárne a rádiogénne. Primárne sú tie, ktoré zachytila Zem pri svojom vzniku. Sú mimoriadne zriedkavé. Primárnu časť argónu predstavujú najmä izotopy 36 Ar a 38 Ar, zatiaľ čo atmosférický argón pozostáva výlučne z izotopu 40 Ar (99,6 %), ktorý je nepochybne rádiogénny. V horninách obsahujúcich draslík sa rádiogénny argón nahromadil v dôsledku rozpadu draslíka-40 záchytom elektrónov: 40 K + e → 40 Ar.
Preto je obsah argónu v horninách určený ich vekom a množstvom draslíka. V tomto rozsahu je koncentrácia hélia v horninách funkciou ich veku a obsahu tória a uránu. Argón a hélium sa do atmosféry uvoľňujú z vnútra zeme pri sopečných erupciách, prasklinami v zemskej kôre vo forme výtryskov plynu a tiež pri zvetrávaní hornín. Podľa výpočtov P. Dimona a J. Culpa sa hélium a argón v modernej dobe hromadia v zemskej kôre a do atmosféry sa dostávajú v relatívne malých množstvách. Rýchlosť vstupu týchto rádiogénnych plynov je taká nízka, že počas geologickej histórie Zeme nemohla poskytnúť ich pozorovaný obsah v modernej atmosfére. Zostáva preto predpokladať, že väčšina argónu atmosféry pochádzala z útrob Zeme v najskorších štádiách jej vývoja a oveľa menšia časť bola pridaná neskôr v procese vulkanizmu a počas zvetrávania draslíka- obsahujúce horniny.
Počas geologického času mali hélium a argón rôzne migračné procesy. V atmosfére je veľmi málo hélia (asi 5 * 10 -4 %) a „héliový dych“ Zeme bol ľahší, keďže ako najľahší plyn unikal do vesmíru. A „argónový dych“ – ťažký a argón zostal v rámci našej planéty. Väčšina primárnych inertných plynov, ako je neón a xenón, súvisela s primárnym neónom zachyteným Zemou počas jej formovania, ako aj s uvoľňovaním do atmosféry počas odplyňovania plášťa. Súhrn údajov o geochémii vzácnych plynov naznačuje, že primárna atmosféra Zeme vznikla v najskorších štádiách jej vývoja.
Atmosféra obsahuje vodná para A voda v tekutom a tuhom stave. Voda v atmosfére je dôležitým akumulátorom tepla.
Spodné vrstvy atmosféry obsahujú veľké množstvo minerálny a technogénny prach a aerosóly, produkty spaľovania, soli, spóry a peľ rastlín atď.
Do výšky 100-120 km je vďaka úplnému premiešaniu vzduchu zloženie atmosféry homogénne. Pomer medzi dusíkom a kyslíkom je konštantný. Vyššie prevládajú inertné plyny, vodík atď.. V spodných vrstvách atmosféry je vodná para. So vzdialenosťou od zeme jeho obsah klesá. Vyššie sa pomer plynov mení, napríklad vo výške 200-800 km prevláda kyslík nad dusíkom 10-100 krát.
Atmosféra má odlišné vrstvy vzduchu. Vzduchové vrstvy sa líšia teplotou, rozdielom plynov a ich hustotou a tlakom. Treba si uvedomiť, že vrstvy stratosféry a troposféry chránia Zem pred slnečným žiarením. Vo vyšších vrstvách môže živý organizmus dostať smrteľnú dávku ultrafialového slnečného spektra. Ak chcete rýchlo prejsť na požadovanú vrstvu atmosféry, kliknite na príslušnú vrstvu:
Troposféra a tropopauza
Troposféra - teplota, tlak, nadmorská výška
Horná hranica sa drží približne na 8 - 10 km. V miernych zemepisných šírkach 16 - 18 km a v polárnych 10 - 12 km. Troposféra Je to spodná hlavná vrstva atmosféry. Táto vrstva obsahuje viac ako 80 % celkovej hmoty atmosférický vzduch a takmer 90 % všetkej vodnej pary. Práve v troposfére vzniká konvekcia a turbulencia, tvoria sa oblaky, vznikajú cyklóny. Teplota klesá s výškou. Gradient: 0,65°/100 m Ohriata zem a voda ohrievajú obklopujúci vzduch. Ohriaty vzduch stúpa, ochladzuje sa a vytvára oblaky. Teplota v horných hraniciach vrstvy môže dosiahnuť -50/70 °C.
Práve v tejto vrstve dochádza k zmenám klimatických poveternostných podmienok. Dolná hranica troposféry je tzv povrch pretože má veľa prchavých mikroorganizmov a prachu. Rýchlosť vetra sa zvyšuje s výškou v tejto vrstve.
tropopauza
Ide o prechodnú vrstvu troposféry do stratosféry. Tu prestáva závislosť poklesu teploty s nárastom nadmorskej výšky. Tropopauza je minimálna výška, kde vertikálny teplotný gradient klesne na 0,2°C/100 m Výška tropopauzy závisí od silných klimatických javov ako sú cyklóny. Výška tropopauzy nad cyklónami klesá a nad anticyklónami stúpa.
Stratosféra a stratopauza
Výška vrstvy stratosféry je približne od 11 do 50 km. Vo výške 11-25 km dochádza k miernej zmene teploty. V nadmorskej výške 25-40 km, inverzia teplota, z 56,5 stúpne na 0,8°C. Od 40 km do 55 km sa teplota drží okolo 0°C. Táto oblasť sa nazýva - stratopauza.
V stratosfére sa pozoruje vplyv slnečného žiarenia na molekuly plynu, disociujú sa na atómy. V tejto vrstve nie je takmer žiadna vodná para. Moderné nadzvukové komerčné lietadlá lietajú vďaka stabilným letovým podmienkam vo výškach do 20 km. Výškové meteorologické balóny stúpajú do výšky 40 km. Sú tu ustálené vzdušné prúdy, ich rýchlosť dosahuje 300 km/h. Aj v tejto vrstve sa koncentruje ozón, vrstva, ktorá pohlcuje ultrafialové lúče.
Mezosféra a mezopauza - zloženie, reakcie, teplota
Vrstva mezosféry začína asi na 50 km a končí asi na 80-90 km. Teploty klesajú s prevýšením o cca 0,25-0,3°C/100 m. Hlavným energetickým efektom je tu sálavá výmena tepla. Komplexné fotochemické procesy zahŕňajúce voľné radikály (má 1 alebo 2 nepárové elektróny) od r implementujú žiara atmosféru.
Takmer všetky meteory zhoria v mezosfére. Vedci túto oblasť pomenovali Ignorosféra. Túto zónu je ťažké preskúmať, keďže aerodynamické letectvo je tu veľmi slabé kvôli hustote vzduchu, ktorá je 1000-krát menšia ako na Zemi. A bežať umelé satelity hustota je stále veľmi vysoká. Výskum prebieha pomocou meteorologických rakiet, ale to je zvrátenosť. mezopauza prechodná vrstva medzi mezosférou a termosférou. Má minimálnu teplotu -90°C.
Línia Karman
Vrecková linka nazývaná hranica medzi zemskou atmosférou a vesmírom. Podľa Medzinárodnej leteckej federácie (FAI) je výška tejto hranice 100 km. Táto definícia bola daná na počesť amerického vedca Theodora von Karmana. Zistil, že približne v tejto výške je hustota atmosféry taká nízka, že aerodynamické letectvo tu nie je možné, pretože rýchlosť lietadla musí byť vyššia. prvá vesmírna rýchlosť. V takejto výške stráca pojem zvuková bariéra zmysel. Tu môžete lietadlo ovládať len vďaka reaktívnym silám.
Termosféra a termopauza
Horná hranica tejto vrstvy je asi 800 km. Teplota stúpa asi do 300 km, kde dosahuje asi 1500 K. Vyššie zostáva teplota nezmenená. V tejto vrstve je Polárne svetlá- vzniká v dôsledku pôsobenia slnečného žiarenia na vzduch. Tento proces sa nazýva aj ionizácia vzdušného kyslíka.
Kvôli nízkej riedkosti vzduchu sú lety nad líniou Karman možné len po balistických trajektóriách. Všetky obežné lety s ľudskou posádkou (okrem letov na Mesiac) prebiehajú v tejto vrstve atmosféry.
Exosféra - hustota, teplota, výška
Výška exosféry je nad 700 km. Tu je plyn veľmi riedky a proces prebieha rozptyl— únik častíc do medziplanetárneho priestoru. Rýchlosť takýchto častíc môže dosiahnuť 11,2 km/s. Výška slnečná aktivita vedie k rozšíreniu hrúbky tejto vrstvy.
- Plynový plášť neodletí do vesmíru vplyvom gravitácie. Vzduch sa skladá z častíc, ktoré majú svoju vlastnú hmotnosť. Z gravitačného zákona možno usudzovať, že každý objekt s hmotnosťou je priťahovaný k Zemi.
- Buys-Ballotov zákon hovorí, že ak ste na severnej pologuli a stojíte chrbtom k vetru, zóna sa bude nachádzať vpravo. vysoký tlak, a vľavo - nízka. Na južnej pologuli to bude naopak.
Niekedy sa atmosféra, ktorá obklopuje našu planétu v hrubej vrstve, nazýva piaty oceán. Niet divu, že druhé meno lietadla je lietadlo. Atmosféra je zmesou rôznych plynov, medzi ktorými prevláda dusík a kyslík. Práve vďaka nim je možný život na planéte v podobe, na ktorú sme všetci zvyknutí. Okrem nich je tu ešte 1 % ďalších zložiek. Ide o inertné (nevstupujúce do chemických interakcií) plyny, oxid sírový Piaty oceán obsahuje aj mechanické nečistoty: prach, popol atď. Všetky vrstvy atmosféry sa celkovo rozprestierajú takmer 480 km od povrchu (údaje sú rôzne, venujte sa tomuto bodu podrobnejšie ďalej). Takáto pôsobivá hrúbka tvorí akýsi nepreniknuteľný štít, ktorý chráni planétu pred ničivým kozmickým žiarením a veľkými objektmi.
Rozlišujú sa tieto vrstvy atmosféry: troposféra, nasleduje stratosféra, potom mezosféra a nakoniec termosféra. Vyššie uvedené poradie začína na povrchu planéty. Husté vrstvy atmosféry predstavujú prvé dve. Odfiltrujú značnú časť deštruktívneho
Najnižšia vrstva atmosféry, troposféra, sa rozprestiera len 12 km nad morom (18 km v trópoch). Koncentruje sa tu až 90 % vodnej pary, preto sa v nej tvoria mraky. Tu sa sústreďuje aj väčšina vzduchu. Všetky nasledujúce vrstvy atmosféry sú chladnejšie, pretože blízkosť povrchu umožňuje odrazené slnečné svetlo ohrievať vzduch.
Stratosféra siaha až takmer 50 km od povrchu. Väčšina meteorologických balónov „pláva“ v tejto vrstve. Môžu tu lietať aj niektoré typy lietadiel. Jednou z úžasných vlastností je teplotný režim: v intervale od 25 do 40 km začína zvyšovanie teploty vzduchu. Od -60 stúpa takmer na 1. Potom nasleduje mierny pokles k nule, ktorý pretrváva až do nadmorskej výšky 55 km. Horná hranica je neslávne známa
Ďalej sa mezosféra rozprestiera takmer až na 90 km. Teplota vzduchu tu prudko klesá. Na každých 100 metrov prevýšenia pripadá pokles o 0,3 stupňa. Niekedy sa nazýva najchladnejšia časť atmosféry. Hustota vzduchu je nízka, ale úplne postačuje na vytvorenie odolnosti voči padajúcim meteorom.
Vrstvy atmosféry v obvyklom zmysle končia vo výške okolo 118 km. Tvoria sa tu známe polárne žiary. Hore začína oblasť termosféry. Vplyvom röntgenového žiarenia dochádza k ionizácii tých niekoľkých molekúl vzduchu obsiahnutých v tejto oblasti. Tieto procesy vytvárajú takzvanú ionosféru (často sa zaraďuje do termosféry, preto sa neuvažuje samostatne).
Všetko nad 700 km sa nazýva exosféra. vzduch je extrémne malý, takže sa voľne pohybujú bez odporu v dôsledku kolízií. To niektorým z nich umožňuje akumulovať energiu zodpovedajúcu 160 stupňom Celzia, pričom okolitá teplota je nízka. Molekuly plynu sú rozmiestnené po celom objeme exosféry v súlade s ich hmotnosťou, takže najťažšie z nich sa nachádzajú iba v spodnej časti vrstvy. Príťažlivosť planéty, ktorá s výškou klesá, už nie je schopná udržať molekuly, takže kozmické vysokoenergetické častice a žiarenie dávajú molekulám plynu impulz dostatočný na to, aby opustili atmosféru. Táto oblasť je jednou z najdlhších: predpokladá sa, že atmosféra úplne prechádza do vesmírneho vákua vo výškach väčších ako 2000 km (niekedy sa objaví aj číslo 10000). Umelé dráhy sú stále v termosfére.
Všetky tieto čísla sú približné, pretože hranice vrstiev atmosféry závisia od mnohých faktorov, napríklad od aktivity Slnka.
Zloženie zeme. Vzduch
Vzduch je mechanická zmes rôznych plynov, ktoré tvoria zemskú atmosféru. Vzduch je nevyhnutný pre dýchanie živých organizmov a má široké využitie v priemysle.
Skutočnosť, že vzduch je zmes, a nie homogénna látka, bola dokázaná počas experimentov škótskeho vedca Josepha Blacka. Pri jednom z nich vedec zistil, že pri zahrievaní bielej magnézie (uhličitan horečnatý) sa uvoľňuje „viazaný vzduch“, teda oxid uhličitý, a vzniká spálená magnézia (oxid horečnatý). Naproti tomu pri spaľovaní vápenca sa odstraňuje „viazaný vzduch“. Na základe týchto experimentov vedec dospel k záveru, že rozdiel medzi uhličitými a žieravými zásadami je v tom, že prvé zahŕňajú oxid uhličitý, ktorý je jednou zo zložiek vzduchu. Dnes vieme, že okrem oxidu uhličitého zloženie zemského vzduchu zahŕňa:
Pomer plynov v zemskej atmosfére uvedený v tabuľke je typický pre jej spodné vrstvy, až do výšky 120 km. V týchto oblastiach leží dobre premiešaná, homogénna oblasť, nazývaná homosféra. Nad homosférou leží heterosféra, ktorá sa vyznačuje rozkladom molekúl plynu na atómy a ióny. Regióny sú od seba oddelené turbopauzou.
Chemická reakcia, pri ktorej sa vplyvom slnečného a kozmického žiarenia molekuly rozkladajú na atómy, sa nazýva fotodisociácia. Pri rozpade molekulárneho kyslíka vzniká atómový kyslík, ktorý je vo výškach nad 200 km hlavným plynom atmosféry. Vo výškach nad 1200 km začína prevládať vodík a hélium, ktoré sú z plynov najľahšie.
Keďže prevažná časť vzduchu je sústredená v 3 nižších vrstvách atmosféry, zmeny v zložení vzduchu vo výškach nad 100 km nemajú badateľný vplyv na celkové zloženie atmosféry.
Dusík je najbežnejším plynom, ktorý tvorí viac ako tri štvrtiny objemu zemského vzduchu. Moderný dusík vznikol oxidáciou ranej amoniakovo-vodíkovej atmosféry molekulárnym kyslíkom, ktorý vzniká pri fotosyntéze. V súčasnosti sa malé množstvo dusíka dostáva do atmosféry ako dôsledok denitrifikácie – procesu redukcie dusičnanov na dusitany s následnou tvorbou plynných oxidov a molekulárneho dusíka, ktorý produkujú anaeróbne prokaryoty. Časť dusíka sa dostáva do atmosféry počas sopečných erupcií.
Vo vyšších vrstvách atmosféry, keď sú vystavené elektrickým výbojom za účasti ozónu, sa molekulárny dusík oxiduje na oxid dusnatý:
N2 + O2 -> 2NO
Za normálnych podmienok monoxid okamžite reaguje s kyslíkom za vzniku oxidu dusného:
2NO + 02 -> 2N20
Najdôležitejší je dusík chemický prvok zemskú atmosféru. Dusík je súčasťou bielkovín, poskytuje rastlinám minerálnu výživu. Určuje rýchlosť biochemických reakcií, zohráva úlohu riedidla kyslíka.
Kyslík je druhým najrozšírenejším plynom v zemskej atmosfére. Tvorba tohto plynu je spojená s fotosyntetickou aktivitou rastlín a baktérií. A čím rozmanitejšie a početnejšie boli fotosyntetické organizmy, tým významnejší bol proces obsahu kyslíka v atmosfére. Pri odplyňovaní plášťa sa uvoľňuje malé množstvo ťažkého kyslíka.
V horných vrstvách troposféry a stratosféry sa vplyvom ultrafialového slnečného žiarenia (označujeme ho hν) tvorí ozón:
O 2 + hν → 2O
V dôsledku pôsobenia toho istého ultrafialového žiarenia sa ozón rozkladá:
O3 + hν → O2 + O
O3 + O → 2O2
V dôsledku prvej reakcie vzniká atómový kyslík v dôsledku druhého - molekulárneho kyslíka. Všetky 4 reakcie sa nazývajú Chapmanov mechanizmus podľa britského vedca Sidneyho Chapmana, ktorý ich objavil v roku 1930.
Kyslík sa používa na dýchanie živých organizmov. S jeho pomocou dochádza k procesom oxidácie a spaľovania.
Ozón slúži na ochranu živých organizmov pred ultrafialovým žiarením, ktoré spôsobuje nezvratné mutácie. Najvyššia koncentrácia ozónu je pozorovaná v spodnej stratosfére v rámci tzv. ozónová vrstva alebo ozónová clona ležiaca vo výškach 22-25 km. Obsah ozónu je nízky: pri normálny tlak všetok ozón v zemskej atmosfére by zaberal vrstvu hrubú len 2,91 mm.
Vznik tretieho najbežnejšieho plynu v atmosfére, argónu, ale aj neónu, hélia, kryptónu a xenónu, súvisí so sopečnými erupciami a rozpadom rádioaktívnych prvkov.
Najmä hélium je produktom rádioaktívneho rozpadu uránu, tória a rádia: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (v týchto reakciách sa α- častica je jadro hélia, ktoré v procese straty energie zachytáva elektróny a stáva sa 4 He).
Argón vzniká pri rozpade rádioaktívneho izotopu draslíka: 40 K → 40 Ar + γ.
Neón uniká z magmatických hornín.
Kryptón vzniká ako konečný produkt rozpadu uránu (235 U a 238 U) a tória Th.
Prevažná časť atmosférického kryptónu vznikla v raných fázach vývoja Zeme v dôsledku rozpadu transuránových prvkov s fenomenálne krátkym polčasom rozpadu alebo pochádza z vesmíru, pričom obsah kryptónu je desaťmiliónkrát vyšší ako na Zemi. .
Xenón je výsledkom štiepenia uránu, ale väčšina tohto plynu zostala z raných štádií formovania Zeme, z primárnej atmosféry.
Oxid uhličitý sa do atmosféry dostáva v dôsledku sopečných erupcií a v procese rozkladu organickej hmoty. Jeho obsah v atmosfére stredných zemepisných šírok Zeme sa značne líši v závislosti od ročných období: v zime sa množstvo CO 2 zvyšuje av lete klesá. Toto kolísanie súvisí s aktivitou rastlín, ktoré využívajú oxid uhličitý v procese fotosyntézy.
Vodík vzniká v dôsledku rozkladu vody slnečným žiarením. Keďže je však najľahším z plynov, ktoré tvoria atmosféru, neustále uniká do vesmíru, a preto je jeho obsah v atmosfére veľmi malý.
Vodná para je výsledkom odparovania vody z hladiny jazier, riek, morí a pevniny.
Koncentrácia hlavných plynov v spodných vrstvách atmosféry, s výnimkou vodnej pary a oxidu uhličitého, je konštantná. V malom množstve obsahuje atmosféra oxid sírový SO 2, amoniak NH 3, oxid uhoľnatý CO, ozón O 3, chlorovodík HCl, fluorovodík HF, oxid dusnatý NO, uhľovodíky, pary ortuti Hg, jód I 2 a mnohé ďalšie. V spodnej atmosférickej vrstve troposféry sa neustále nachádza veľké množstvo suspendovaných pevných a kvapalných častíc.
Zdrojmi pevných častíc v zemskej atmosfére sú sopečné erupcie, peľ rastlín, mikroorganizmy a v poslednom čase aj ľudské aktivity, ako napríklad spaľovanie fosílnych palív vo výrobných procesoch. Najmenšie čiastočky prachu, ktoré sú zárodkami kondenzácie, sú príčinou vzniku hmly a oblakov. Bez pevných častíc neustále prítomných v atmosfére by na Zem nepadali zrážky.
Načítava...
