Atmosfera turi sluoksniuotą struktūrą. Ribos tarp sluoksnių nėra aštrios, o jų aukštis priklauso nuo platumos ir sezono. Sluoksniuota struktūra yra temperatūros pokyčių skirtinguose aukščiuose rezultatas. Oras formuojasi troposferoje (dugnas apie 10 km: apie 6 km virš ašigalių ir daugiau nei 16 km virš pusiaujo). O viršutinė troposoferos riba vasarą yra aukštesnė nei žiemą.
Nuo Žemės paviršiaus į viršų šie sluoksniai:
Troposfera
Stratosfera
Mezosfera
Termosfera
Egzosfera
Troposfera
Apatinė atmosferos dalis iki 10-15 km aukščio, kurioje susitelkę 4/5 visos atmosferos oro masės, vadinama troposfera. Jai būdinga tai, kad temperatūra čia su aukščiu nukrenta vidutiniškai 0,6 ° / 100 m (kai kuriais atvejais vertikalus temperatūros pasiskirstymas kinta plačiose ribose). Troposferoje yra beveik visi atmosferos vandens garai ir iškyla beveik visi debesys. Čia taip pat stipriai išvystyta turbulencija, ypač šalia žemės paviršiaus, taip pat vadinamuosiuose reaktyviniuose srautuose viršutinėje troposferos dalyje.
Aukštis, iki kurio troposfera tęsiasi virš kiekvienos Žemės vietos, kinta kiekvieną dieną. Be to, net ir vidutiniškai jis skiriasi skirtingose platumose ir skirtingais metų laikais. Vidutiniškai per metus troposfera tęsiasi virš ašigalių iki maždaug 9 km aukščio, vidutinio klimato platumose iki 10-12 km ir virš pusiaujo iki 15-17 km. Vidutinė metinė oro temperatūra prie žemės paviršiaus yra apie + 26 ° ties pusiauju ir apie -23 ° prie šiaurės ašigalio. Viršutinėje troposferos riboje virš pusiaujo vidutinė temperatūra yra apie -70 °, virš Šiaurės ašigalio žiemą apie -65 °, o vasarą apie -45 °.
Oro slėgis viršutinėje troposferos riboje, atitinkantis jos aukštį, yra 5-8 kartus mažesnis nei žemės paviršiuje. Todėl didžioji dalis atmosferos oro yra troposferoje. Troposferoje vykstantys procesai turi tiesioginės ir lemiamos reikšmės orams ir klimatui žemės paviršiuje.
Visi vandens garai yra susitelkę troposferoje, todėl visi debesys susidaro troposferoje. Temperatūra mažėja didėjant aukščiui.
Saulės spinduliai nesunkiai prasiskverbia pro troposferą, o šiluma, sklindanti iš Saulės spindulių įkaitintos Žemės, kaupiasi troposferoje: šilumą išlaiko tokios dujos kaip anglies dioksidas, metanas, vandens garai. Šis Saulės spinduliuotės įkaitintos Žemės atmosferos atšilimo mechanizmas vadinamas šiltnamio efektu. Būtent todėl, kad Žemė yra atmosferos šilumos šaltinis, oro temperatūra mažėja didėjant aukščiui.
Riba tarp neramios troposferos ir ramios stratosferos vadinama tropopauze. Čia generuojami greitai judantys vėjai, vadinami „reaktyviniais srautais“.
Kažkada buvo manoma, kad atmosferos temperatūra nukrenta aukščiau troposferos, tačiau matavimai aukštuose atmosferos sluoksniuose parodė, kad taip nėra: iš karto virš tropopauzės temperatūra yra beveik pastovi, o vėliau pradeda kilti. horizontalūs vėjai pučia stratosferoje, nesudarydami turbulencijos. Oras stratosferoje yra labai sausas, todėl debesys yra reti. Susidaro vadinamieji perlamutriniai debesys.
Stratosfera labai svarbi gyvybei Žemėje, nes būtent šiame sluoksnyje yra nedidelis kiekis ozono, kuris sugeria stiprią ultravioletinę spinduliuotę, kenksmingą gyvybei. Sugerdamas ultravioletinę spinduliuotę, ozonas įkaitina stratosferą.
Stratosfera
Virš troposferos, iki 50–55 km aukščio, yra stratosfera, kuriai būdinga tai, kad temperatūra joje vidutiniškai didėja didėjant aukščiui. Pereinamasis sluoksnis tarp troposferos ir stratosferos (1-2 km storio) vadinamas tropopauze.
Duomenys apie temperatūrą ties viršutine troposferos riba buvo pateikti aukščiau. Šios temperatūros būdingos ir žemutinei stratosferai. Taigi oro temperatūra žemutinėje stratosferoje virš pusiaujo visada labai žema; be to, vasarą jis daug žemiau nei virš stulpo.
Žemutinė stratosfera yra daugiau ar mažiau izoterminė. Tačiau, pradedant nuo maždaug 25 km aukščio, stratosferos temperatūra sparčiai auga didėjant aukščiui, pasiekdama daugiausiai maždaug 50 km aukštyje, be to, teigiamas vertes (nuo +10 iki + 30 °). Dėl temperatūros padidėjimo didėjant aukščiui turbulencija stratosferoje yra maža.
Vandens garai stratosferoje yra nereikšmingi. Tačiau 20-25 km aukštyje didelėse platumose kartais stebimi labai ploni, vadinamieji perlamutriniai debesys. Dieną jų nesimato, o naktį atrodo šviečiantys, nes po horizontu juos apšviečia saulė. Šie debesys sudaryti iš peršalusio vandens lašelių. Stratosfera taip pat pasižymi tuo, kad joje daugiausia yra atmosferos ozono, kaip minėta aukščiau.
Mezosfera
Virš stratosferos yra mezosferos sluoksnis, iki maždaug 80 km. Čia temperatūra nukrinta iki kelių dešimčių laipsnių žemiau nulio. Dėl greito temperatūros kritimo didėjant aukščiui, turbulencija labai išvystyta mezosferoje. Aukštyje, netoli viršutinės mezosferos ribos (75-90 km), vis dar yra ypatingos rūšies debesys, taip pat naktį apšviečiami saulės, vadinamieji sidabriniai. Jie greičiausiai sudaryti iš ledo kristalų.
Viršutinėje mezosferos riboje oro slėgis yra 200 kartų mažesnis nei žemės paviršiuje. Taigi troposferoje, stratosferoje ir mezosferoje kartu, iki 80 km aukščio, yra daugiau nei 99,5% visos atmosferos masės. Viršutiniai sluoksniai sudaro nedidelį oro kiekį
Maždaug 50 km aukštyje virš Žemės temperatūra vėl pradeda kristi, žymi viršutinę stratosferos ribą ir kito sluoksnio – mezosferos – pradžią. Mezosferoje yra šalčiausia atmosferos temperatūra: nuo -2 iki -138 laipsnių Celsijaus. Čia išsidėstę ir aukščiausi debesys: giedru oru juos galima pamatyti saulei leidžiantis. Jie vadinami noctilucent (šviečiantys naktį).
Termosfera
Viršutinė atmosferos dalis, esanti virš mezosferos, pasižymi labai aukšta temperatūra, todėl vadinama termosfera. Tačiau joje išskiriamos dvi dalys: jonosfera, besitęsianti nuo mezosferos iki tūkstančio kilometrų aukščio, ir virš jos esanti išorinė dalis – egzosfera, pereinanti į žemės vainiką.
Oras jonosferoje yra itin plonas. Jau nurodėme, kad 300–750 km aukštyje jo vidutinis tankis yra 10–8–10–10 g / m3. Tačiau net ir esant tokiam mažam tankiui, kiekviename kubiniame oro centimetre 300 km aukštyje vis dar yra apie milijardą (109) molekulių arba atomų, o 600 km aukštyje – daugiau nei 10 milijonų (107). Tai keliomis eilėmis daugiau nei dujų kiekis tarpplanetinėje erdvėje.
Jonosfera, kaip sako pats pavadinimas, pasižymi labai stipriu oro jonizacijos laipsniu – jonų kiekis čia yra daug kartų didesnis nei apatiniuose sluoksniuose, nepaisant stipraus bendro oro retėjimo. Šie jonai daugiausia yra įkrauti deguonies atomai, įkrautos azoto oksido molekulės ir laisvieji elektronai. Jų kiekis 100-400 km aukštyje yra apie 1015-106 kubiniame centimetre.
Jonosferoje yra keli sluoksniai arba regionai su maksimalia jonizacija, ypač 100-120 km ir 200-400 km aukštyje. Tačiau net ir tarpais tarp šių sluoksnių atmosferos jonizacijos laipsnis išlieka labai aukštas. Jonosferos sluoksnių padėtis ir jonų koncentracija juose nuolat kinta. Sporadiškos elektronų sankaupos, kurių koncentracija ypač didelė, vadinamos elektronų debesimis.
Atmosferos elektrinis laidumas priklauso nuo jonizacijos laipsnio. Todėl jonosferoje oro elektrinis laidumas paprastai yra 1012 kartų didesnis nei žemės paviršiaus. Radijo bangos sugeriamos, lūžta ir atsispindi jonosferoje. Ilgesnės nei 20 m bangos išvis negali prasiskverbti pro jonosferą: jas jau atspindi mažos koncentracijos elektronų sluoksniai apatinėje jonosferos dalyje (70-80 km aukštyje). Vidutinės ir trumposios bangos atsispindi viršutiniuose jonosferos sluoksniuose.
Būtent dėl atspindžio iš jonosferos įmanomas tolimojo nuotolio ryšys trumpomis bangomis. Daugybiniai atspindžiai nuo jonosferos ir žemės paviršiaus leidžia trumpoms bangoms sklisti zigzagu dideliais atstumais, lenkiant aplink Žemės rutulio paviršių. Kadangi jonosferos sluoksnių padėtis ir koncentracija nuolat kinta, kinta ir radijo bangų sugerties, atspindžio bei sklidimo sąlygos. Todėl norint užtikrinti patikimą radijo ryšį, būtina nuolat tirti jonosferos būklę. Radijo bangų sklidimo stebėjimai yra būtent tokio tyrimo priemonė.
Jonosferoje stebimos auroros ir panašus prigimties naktinio dangaus švytėjimas – nuolatinė atmosferos oro liuminescencija, taip pat staigūs magnetinio lauko svyravimai – jonosferinės magnetinės audros.
Jonizacija jonosferoje atsiranda dėl saulės ultravioletinės spinduliuotės poveikio. Jį sugeria atmosferos dujų molekulės, kaip minėta aukščiau, atsiranda įkrautų atomų ir laisvųjų elektronų. Magnetinio lauko svyravimai jonosferoje ir aurorose priklauso nuo saulės aktyvumo svyravimų. Saulės aktyvumo pokyčiai yra susiję su korpuskulinės spinduliuotės, einančios iš Saulės į Žemės atmosferą, srauto pokyčiais. Būtent korpuskulinė spinduliuotė yra svarbiausia nurodytiems jonosferos reiškiniams.
Temperatūra jonosferoje didėja didėjant aukščiui iki labai aukštų verčių. Maždaug 800 km aukštyje jis pasiekia 1000 °.
Kalbant apie aukštas jonosferos temperatūras, jos reiškia, kad atmosferos dujų dalelės ten juda labai dideliu greičiu. Tačiau oro tankis jonosferoje yra toks mažas, kad jonosferoje esantis kūnas, pavyzdžiui, skraidantis palydovas, nebus šildomas dėl šilumos mainų su oru. Palydovo temperatūros režimas priklausys nuo tiesioginio saulės spinduliuotės sugerties ir nuo jo paties spinduliuotės atatrankos į aplinkinę erdvę. Termosfera yra virš mezosferos 90–500 km aukštyje virš Žemės paviršiaus. Čia labai išsibarsčiusios dujų molekulės, sugeriančios rentgeno spindulius ir trumpabangią ultravioletinės spinduliuotės dalį. Dėl šios priežasties temperatūra gali siekti 1000 laipsnių Celsijaus.
Termosfera iš esmės atitinka jonosferą, kurioje jonizuotos dujos atspindi radijo bangas atgal į Žemę – tai reiškinys, leidžiantis užmegzti radijo ryšį.
Egzosfera
Virš 800-1000 km atmosfera pereina į egzosferą ir palaipsniui į tarpplanetinę erdvę. Dujų, ypač lengvųjų, dalelių judėjimo greičiai čia labai dideli, o dėl itin retėjančio oro šiuose aukščiuose dalelės gali skristi aplink Žemę elipsinėmis orbitomis nesusidurdamos viena su kita. Tada atskirų dalelių greitis gali būti pakankamas, kad įveiktų gravitacijos jėgą. Neįkrautų dalelių kritinis greitis bus 11,2 km/sek. Tokios ypač greitos dalelės, judėdamos hiperbolinėmis trajektorijomis, gali išskristi iš atmosferos į pasaulio erdvę, „pabėgti“, išsisklaidyti. Todėl egzosfera dar vadinama sklaidos sfera.
Daugiausia išbėga vandenilio atomai, kurie yra dominuojančios dujos aukščiausiuose egzosferos sluoksniuose.
Neseniai buvo manoma, kad egzosfera, o kartu ir Žemės atmosfera apskritai, baigiasi 2000–3000 km aukštyje. Tačiau iš stebėjimų su raketomis ir palydovais buvo sukurta mintis, kad iš egzosferos ištrūkęs vandenilis aplink Žemę sudaro vadinamąją žemės vainiką, besitęsiančią iki daugiau nei 20 000 km. Žinoma, dujų tankis žemės karūnoje yra nereikšmingas. Kiekviename kubiniame centimetre vidutiniškai yra tik apie tūkstantis dalelių. Tačiau tarpplanetinėje erdvėje dalelių (daugiausia protonų ir elektronų) koncentracija yra bent dešimt kartų mažesnė.
Palydovų ir geofizinių raketų pagalba viršutinėje atmosferos dalyje ir artimoje žemei erdvėje egzistuoja Žemės spinduliuotės juosta, prasidedanti kelių šimtų kilometrų aukštyje ir besitęsianti dešimtis tūkstančių kilometrų nuo žemės paviršiaus, buvo įsteigta. Šis diržas susideda iš elektra įkrautų dalelių – protonų ir elektronų, įstrigusių Žemės magnetinio lauko ir judančių labai dideliu greičiu. Jų energija siekia šimtus tūkstančių elektronų voltų. Radiacinė juosta nuolat praranda daleles žemės atmosferoje ir pasipildo saulės korpuso spinduliuotės srautais.
atmosferos temperatūra stratosfera troposfera
Žemės atmosfera yra dujinis mūsų planetos apvalkalas. Apatinė jo riba eina žemės plutos ir hidrosferos lygyje, o viršutinė pereina į artimą žemei kosmoso sritį. Atmosferoje yra apie 78% azoto, 20% deguonies, iki 1% argono, anglies dioksido, vandenilio, helio, neono ir kai kurių kitų dujų.
Šiam žemės kiautui būdingas ryškus pakratas. Atmosferos sluoksnius lemia vertikalus temperatūros pasiskirstymas ir skirtingas dujų tankis skirtinguose lygiuose. Yra tokie Žemės atmosferos sluoksniai: troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera, egzosfera. Atskirai išskiriama jonosfera.
Iki 80% visos atmosferos masės sudaro troposfera – apatinis paviršinis atmosferos sluoksnis. Troposfera poliarinėse zonose yra iki 8-10 km aukštyje virš žemės paviršiaus, atogrąžų zonoje - iki 16-18 km. Tarp troposferos ir viršutinio stratosferos sluoksnio yra tropopauzė – pereinamasis sluoksnis. Troposferoje temperatūra mažėja didėjant aukščiui, panašiai, didėjant aukščiui mažėja ir atmosferos slėgis. Vidutinis temperatūros gradientas troposferoje yra 0,6 ° C 100 m. Temperatūrą skirtinguose šio apvalkalo lygiuose lemia saulės spinduliuotės sugerties ypatumai ir konvekcijos efektyvumas. Beveik visa žmogaus veikla vyksta troposferoje. Aukščiausi kalnai neviršija troposferos, tik oro transportas gali kirsti viršutinę šio apvalkalo ribą iki nedidelio aukščio ir būti stratosferoje. Didelė dalis vandens garų yra troposferoje, o tai lemia beveik visų debesų susidarymą. Taip pat beveik visi žemės paviršiuje susidarantys aerozoliai (dulkės, dūmai ir kt.) yra susitelkę troposferoje. Apatiniame troposferos ribiniame sluoksnyje išreiškiami paros temperatūros ir oro drėgmės svyravimai, vėjo greitis dažniausiai sumažėja (jis didėja didėjant aukščiui). Troposferoje yra kintamas oro masės padalijimas į oro mases horizontalia kryptimi, kurios skiriasi daugybe savybių, priklausomai nuo juostos ir jų susidarymo reljefo. Atmosferos frontuose – ribose tarp oro masių – susidaro ciklonai ir anticiklonai, kurie tam tikram laikui nulemia orus tam tikroje vietovėje.
Stratosfera yra atmosferos sluoksnis tarp troposferos ir mezosferos. Šio sluoksnio ribos svyruoja nuo 8-16 km iki 50-55 km virš Žemės paviršiaus. Stratosferoje oro dujų sudėtis yra maždaug tokia pati kaip troposferoje. Išskirtinis bruožas yra vandens garų koncentracijos sumažėjimas ir ozono kiekio padidėjimas. Atmosferos ozono sluoksnis, apsaugantis biosferą nuo agresyvaus ultravioletinių spindulių poveikio, yra 20–30 km aukštyje. Stratosferoje temperatūra kyla didėjant aukščiui, o temperatūros vertes lemia saulės spinduliuotė, o ne konvekcija (oro masių judėjimas), kaip troposferoje. Oro šildymas stratosferoje atsiranda dėl ultravioletinių spindulių sugerties ozonu.
Mezosfera tęsiasi per stratosferą iki 80 km. Šiam atmosferos sluoksniui būdinga tai, kad temperatūra mažėja didėjant aukščiui nuo 0 ° C iki – 90 ° C. Tai šalčiausias atmosferos regionas.
Virš mezosferos yra iki 500 km aukščio termosfera. Nuo sienos su mezosfera iki egzosferos temperatūra kinta nuo maždaug 200 K iki 2000 K. Iki 500 km lygio oro tankis sumažėja kelis šimtus tūkstančių kartų. Santykinė termosferos atmosferos komponentų sudėtis yra panaši į paviršinį troposferos sluoksnį, tačiau didėjant aukščiui didesnis deguonies kiekis patenka į atominę būseną. Tam tikra termosferos molekulių ir atomų dalis yra jonizuotoje būsenoje ir yra pasiskirstę keliais sluoksniais, juos vienija jonosferos samprata. Termosferos charakteristikos skiriasi plačiame diapazone, priklausomai nuo geografinės platumos, saulės spinduliuotės kiekio, metų ir paros laiko.
Viršutinė atmosfera yra egzosfera. Tai yra ploniausias atmosferos sluoksnis. Egzosferoje vidutiniai laisvieji dalelių keliai yra tokie didžiuliai, kad dalelės gali laisvai judėti į tarpplanetinę erdvę. Egzosferos masė yra viena dešimt milijonų visos atmosferos masės. Apatinė egzosferos riba yra 450–800 km lygyje, o viršutinė – sritis, kurioje dalelių koncentracija tokia pat kaip ir kosmose – keli tūkstančiai kilometrų nuo Žemės paviršiaus. Egzosfera sudaryta iš plazmos – jonizuotų dujų. Taip pat egzosferoje yra mūsų planetos radiacijos juostos.
Vaizdo pristatymas – Žemės atmosferos sluoksniai:
Susijusios medžiagos:
Erdvė užpildyta energija. Energija užpildo erdvę netolygiai. Yra jos susikaupimo ir iškrovos vietos. Taip galima apskaičiuoti tankį. Planeta yra sutvarkyta sistema, kurios didžiausias medžiagos tankis yra centre ir palaipsniui mažėja koncentracija link periferijos. Sąveikos jėgos nulemia materijos būseną, formą, kuria ji egzistuoja. Fizika apibūdina medžiagų agregacijos būseną: kietą, skystą, dujinį ir pan.
Atmosfera yra dujinė aplinka, supanti planetą. Žemės atmosfera leidžia laisvai judėti ir pro ją prasiskverbia šviesa, sukurdama erdvę, kurioje klesti gyvybė.
Teritorija nuo žemės paviršiaus iki maždaug 16 kilometrų aukščio (nuo pusiaujo iki ašigalių, mažesnė vertė taip pat priklauso nuo sezono) vadinama troposfera. Troposfera yra sluoksnis, kuriame koncentruojasi apie 80% viso atmosferos oro ir beveik visų vandens garų. Čia vyksta orą formuojantys procesai. Slėgio ir temperatūros kritimas didėjant aukščiui. Oro temperatūros mažėjimo priežastis – adiabatinis procesas, kai dujos plečiasi, jos atvėsta. Viršutinėje troposferos riboje vertės gali siekti -50, -60 laipsnių Celsijaus.
Tada prasideda Stratosfera. Jis tęsiasi aukštyn 50 kilometrų. Šiame atmosferos sluoksnyje temperatūra didėja didėjant aukščiui, įgydama vertę viršutiniame taške apie 0 C. Temperatūros padidėjimą sukelia ultravioletinių spindulių sugertis ozono sluoksniu. Spinduliuotė sukelia cheminę reakciją. Deguonies molekulės skyla į atskirus atomus, kurie gali susijungti su įprastomis deguonies molekulėmis, todėl susidaro ozonas.
Saulės spinduliuotė, kurios bangos ilgis yra nuo 10 iki 400 nanometrų, priskiriama ultravioletiniams spinduliams. Kuo trumpesnis UV spinduliuotės bangos ilgis, tuo didesnį pavojų ji kelia gyviems organizmams. Tik nedidelė radiacijos dalis pasiekia Žemės paviršių, be to, mažiau aktyvioji jos spektro dalis. Ši gamtos ypatybė leidžia žmogui sveikai nusideginti.
Kitas atmosferos sluoksnis vadinamas mezosfera. Ribos yra maždaug nuo 50 km iki 85 km. Mezosferoje ozono, galinčio sulaikyti UV energiją, koncentracija yra maža, todėl temperatūra vėl pradeda kristi su aukščiu. Piko taške temperatūra nukrenta iki -90 C, kai kurie šaltiniai nurodo reikšmę -130 C. Šiame atmosferos sluoksnyje dauguma meteorų kūnų perdega.
Atmosferos sluoksnis, besitęsiantis nuo 85 km aukščio iki 600 km atstumu nuo Žemės, vadinamas termosfera. Termosfera pirmoji susiduria su saulės spinduliuote, įskaitant vadinamąjį vakuuminį ultravioletinį.
Vakuuminis UV sulaikomas oro aplinkos, todėl šis atmosferos sluoksnis įkaista iki milžiniškos temperatūros. Tačiau kadangi slėgis čia yra itin mažas, šios iš pažiūros kaitinamos dujos nedaro tokio poveikio objektams kaip esant žemės paviršiaus sąlygoms. Priešingai, tokioje aplinkoje esantys daiktai atvės.
100 km aukštyje driekiasi sutartinė linija „Karmano linija“, kuri laikoma kosmoso pradžia.
Auroros atsiranda termosferoje. Šiame atmosferos sluoksnyje saulės vėjas sąveikauja su planetos magnetiniu lauku.
Paskutinis atmosferos sluoksnis yra egzosfera – išorinis apvalkalas, besitęsiantis tūkstančius kilometrų. Egzosfera yra praktiškai tuščia erdvė, tačiau čia klaidžiojančių atomų skaičius yra eilės tvarka didesnis nei tarpplanetinėje erdvėje.
Žmogus kvėpuoja oru. Normalus slėgis yra 760 milimetrų gyvsidabrio stulpelio. 10 000 m aukštyje slėgis yra apie 200 mm. rt. Art. Tokiame aukštyje žmogus tikriausiai gali kvėpuoti, bent jau neilgai, bet tam reikia pasiruošimo. Valstybė aiškiai bus neveiksni.
Atmosferos dujų sudėtis: 78% azoto, 21% deguonies, apie procentas argono, visa kita yra dujų mišinys, sudarantis mažiausią viso kiekio dalį.
Kartais mūsų planetą supanti atmosfera 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, Taip pat penktame vandenyne yra mechaninių priemaišų: dulkių, pelenų ir kt. Visi atmosferos sluoksniai iš viso tęsiasi beveik 480 km nuo paviršiaus (duomenys skirtingi, Prie šio klausimo pasiliksime plačiau. Toliau). Toks įspūdingas storis suformuoja savotišką nepramušamą skydą, saugantį planetą nuo griaunančios kosminės spinduliuotės ir didelių objektų.
Išskiriami šie atmosferos sluoksniai: troposfera, po to stratosfera, tada mezosfera ir galiausiai termosfera. Ši tvarka prasideda nuo planetos paviršiaus. Tankius atmosferos sluoksnius vaizduoja pirmieji du. Jie yra tie, kurie išfiltruoja didelę dalį destruktyvaus
Žemiausias atmosferos sluoksnis – troposfera – driekiasi tik 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 tolesni 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. Taip pat čia gali skristi kai kurių tipų orlaiviai. Viena iš nuostabių savybių yra temperatūros režimas: intervale nuo 25 iki 40 km oro temperatūra pradeda kilti. 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 iki beveik 90 km. Oro temperatūra čia smarkiai nukrenta. Kas 100 metrų pakilimo stebimas 0,3 laipsnio sumažėjimas. Kartais ji 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 nereikšmingas, 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 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 suteikia pakankamai impulso dujų molekulėms, kad jos išeitų iš atmosferos. Šis regionas yra vienas ilgiausių: manoma, kad didesniame nei 2000 km aukštyje atmosfera visiškai pereina į kosminį vakuumą (kartais atsiranda net 10 000). Dirbtiniai sukasi orbitomis dar būdami termosferoje.
Visi šie skaičiai yra apytiksliai, nes atmosferos sluoksnių ribos priklauso nuo daugelio veiksnių, pavyzdžiui, nuo Saulės aktyvumo.
Atmosfera (iš senosios graikų kalbos ἀτμός – garai ir σφαῖρα – sfera) yra Žemės planetą supantis dujų apvalkalas (geosfera). Jo vidinis paviršius dengia hidrosferą ir iš dalies žemės plutą, išorinis ribojasi su artima žeme kosmoso dalimi.
Atmosferą tiriančių fizikos ir chemijos šakų visuma paprastai vadinama atmosferos fizika. Atmosfera lemia orą Žemės paviršiuje, meteorologija tiria orus, o klimatologija nagrinėja ilgalaikius klimato pokyčius.
Fizinės savybės
Atmosferos storis yra apie 120 km nuo Žemės paviršiaus. Bendra oro masė atmosferoje yra (5,1-5,3) 1018 kg. Iš jų sauso oro masė (5,1352 ± 0,0003) · 1018 kg, bendra vandens garų masė vidutiniškai 1,27 · 1016 kg.
Švaraus sauso oro molinė masė yra 28,966 g / mol, oro tankis jūros paviršiuje yra apie 1,2 kg / m3. Slėgis 0 ° C temperatūroje jūros lygyje yra 101,325 kPa; kritinė temperatūra - -140,7 ° C (~ 132,4 K); kritinis slėgis - 3,7 MPa; Cp esant 0 °C - 1,0048 103 J / (kg K), Cv - 0,7159 103 J / (kg K) (esant 0 ° C). Oro tirpumas vandenyje (pagal masę) 0 ° C temperatūroje - 0,0036%, 25 ° C temperatūroje - 0,0023%.
„Normalioms sąlygoms“ Žemės paviršiuje imamasi: tankis 1,2 kg / m3, barometrinis slėgis 101,35 kPa, temperatūra plius 20 ° C ir santykinė oro drėgmė 50%. Šie sąlyginiai rodikliai yra grynai inžinerinės reikšmės.
Cheminė sudėtis
Žemės atmosfera susidarė dėl dujų išsiskyrimo ugnikalnių išsiveržimų metu. Atsiradus vandenynams ir biosferai, susidarė ir dėl dujų mainų su vandeniu, augalais, gyvūnais bei jų skilimo produktais dirvose ir pelkėse.
Šiuo metu Žemės atmosferą daugiausia sudaro dujos ir įvairios priemaišos (dulkės, vandens lašeliai, ledo kristalai, jūros druskos, degimo produktai).
Atmosferą sudarančių dujų koncentracija yra praktiškai pastovi, išskyrus vandenį (H2O) ir anglies dioksidą (CO2).
Sauso oro sudėtis
| Azotas | ||
| Deguonis | ||
| Argonas | ||
| Vanduo | ||
| Anglies dioksidas | ||
| Neoninis | ||
| Helis | ||
| Metanas | ||
| Kriptonas | ||
| Vandenilis | ||
| Ksenonas | ||
| Azoto oksidas |
Be lentelėje nurodytų dujų, atmosferoje nedideliais kiekiais yra SO2, NH3, CO, ozono, angliavandenilių, HCl, HF, Hg, I2 garų, taip pat NO ir daugelio kitų dujų. Troposferoje nuolat randamas didelis kiekis suspenduotų kietųjų ir skystųjų dalelių (aerozolio).
Atmosferos struktūra
Troposfera
Jo viršutinė riba yra 8-10 km aukštyje poliarinėse, 10-12 km vidutinio klimato ir 16-18 km atogrąžų platumose; mažesnė žiemą nei vasarą. Apatiniame, pagrindiniame atmosferos sluoksnyje yra daugiau nei 80% visos atmosferos oro masės ir apie 90% visų atmosferoje esančių vandens garų. Troposferoje labai išvystyta turbulencija ir konvekcija, atsiranda debesų, vystosi ciklonai ir anticiklonai. Temperatūra mažėja didėjant aukščiui, kai vidutinis vertikalus gradientas yra 0,65 ° / 100 m
Tropopauzė
Pereinamasis sluoksnis iš troposferos į stratosferą, atmosferos sluoksnis, kuriame temperatūra mažėja didėjant aukščiui.
Stratosfera
Atmosferos sluoksnis, esantis 11–50 km aukštyje. Nedidelis temperatūros pokytis 11-25 km sluoksnyje (apatinis stratosferos sluoksnis) ir jo padidėjimas 25-40 km sluoksnyje nuo -56,5 iki 0,8 ° C (viršutinis stratosferos sluoksnis arba inversijos sritis) yra būdingi. Pasiekusi apie 273 K (beveik 0 °C) vertę maždaug 40 km aukštyje, temperatūra išlieka pastovi iki maždaug 55 km aukščio. Ši pastovios temperatūros sritis vadinama stratopauze ir yra riba tarp stratosferos ir mezosferos.
Stratopauzė
Atmosferos ribinis sluoksnis tarp stratosferos ir mezosferos. Vertikalus temperatūros pasiskirstymas yra didžiausias (apie 0 ° C).
Mezosfera
Mezosfera prasideda 50 km aukštyje ir tęsiasi iki 80-90 km. Temperatūra mažėja didėjant aukščiui, esant vidutiniam vertikaliam gradientui (0,25-0,3) ° / 100 m. Pagrindinis energijos procesas yra spinduliuotės šilumos perdavimas. Sudėtingi fotocheminiai procesai, kuriuose dalyvauja laisvieji radikalai, vibracijos sužadintos molekulės ir kt., sukelia atmosferos švytėjimą.
Mezopauzė
Pereinamasis sluoksnis tarp mezosferos ir termosferos. Vertikalus temperatūros pasiskirstymas yra minimumas (apie -90 ° C).
Kišeninė linija
Aukštis virš jūros lygio, kuris tradiciškai laikomas riba tarp Žemės atmosferos ir erdvės. Pagal FAI apibrėžimą Karmano linija yra 100 km virš jūros lygio.
Žemės atmosferos riba
Termosfera
Viršutinė riba yra apie 800 km. Temperatūra pakyla iki 200–300 km aukščio, kur pasiekia 1500 K reikšmes, po to išlieka beveik pastovi iki didelio aukščio. Veikiant ultravioletiniams ir rentgeno saulės spinduliams bei kosminei spinduliuotei, vyksta oro jonizacija („poliarinės šviesos“) – pagrindinės jonosferos sritys yra termosferos viduje. Daugiau nei 300 km aukštyje vyrauja atominis deguonis. Termosferos viršutinę ribą daugiausia lemia dabartinis Saulės aktyvumas. Mažo aktyvumo laikotarpiais – pavyzdžiui, 2008–2009 m. – pastebimas šio sluoksnio dydžio mažėjimas.
Termopauzė
Atmosferos sritis, esanti greta termosferos viršaus. Šioje srityje saulės spinduliuotės sugertis yra nereikšminga, o temperatūra iš tikrųjų nesikeičia priklausomai nuo aukščio.
Egzosfera (dispersijos rutulys)
Egzosfera yra išsibarstymo zona, išorinė termosferos dalis, esanti aukščiau 700 km. Dujos egzosferoje yra labai retos, o iš čia atsiranda jų dalelių nutekėjimas į tarpplanetinę erdvę (išsklaidymas).
Iki 100 km aukščio atmosfera yra vienalytis, gerai susimaišęs dujų mišinys. Aukštesniuose sluoksniuose dujų pasiskirstymas išilgai aukščio priklauso nuo jų molekulinių masių, sunkesnių dujų koncentracija mažėja greičiau tolstant nuo Žemės paviršiaus. Dėl sumažėjusio dujų tankio temperatūra nukrenta nuo 0 ° C stratosferoje iki –110 ° C mezosferoje. Tačiau atskirų dalelių kinetinė energija 200–250 km aukštyje atitinka ~ 150 °C temperatūrą. Virš 200 km stebimi dideli dujų temperatūros ir tankio svyravimai laike ir erdvėje.
Maždaug 2000–3500 km aukštyje egzosfera pamažu pereina į vadinamąjį artimojo erdvės vakuumą, kuris užpildomas labai retomis tarpplanetinių dujų dalelėmis, daugiausia vandenilio atomais. Tačiau šios dujos yra tik dalis tarpplanetinės medžiagos. Kitą dalį sudaro į dulkes panašios kometinės ir meteorinės kilmės dalelės. Be itin retų į dulkes panašių dalelių, į šią erdvę prasiskverbia saulės ir galaktikos kilmės elektromagnetinė ir korpuskulinė spinduliuotė.
Troposfera sudaro apie 80% atmosferos masės, stratosfera - apie 20%; mezosferos masė yra ne didesnė kaip 0,3%, termosfera yra mažesnė nei 0,05% visos atmosferos masės. Pagal elektrines savybes atmosferoje išskiriama neutrosfera ir jonosfera. Šiuo metu manoma, kad atmosfera tęsiasi iki 2000-3000 km aukščio.
Atsižvelgiant į dujų sudėtį atmosferoje, išskiriama homosfera ir heterosfera. Heterosfera yra sritis, kurioje gravitacija daro įtaką dujų atsiskyrimui, nes jų maišymasis tokiame aukštyje yra nereikšmingas. Taigi kintama heterosferos sudėtis. Po juo slypi gerai sumaišyta, vienalytės sudėties atmosferos dalis, vadinama homosfera. Riba tarp šių sluoksnių vadinama turbopauze, ji yra apie 120 km aukštyje.
Kitos atmosferos savybės ir poveikis žmogaus organizmui
Jau 5 km aukštyje virš jūros lygio netreniruotam žmogui pasireiškia deguonies badas ir neprisitaikius, žmogaus darbingumas gerokai sumažėja. Čia baigiasi fiziologinė atmosferos zona. Žmogaus kvėpavimas tampa neįmanomas 9 km aukštyje, nors atmosferoje deguonies yra iki maždaug 115 km.
Atmosfera aprūpina mus deguonimi, kurio reikia kvėpuoti. Tačiau dėl bendro atmosferos slėgio kritimo jam kylant į aukštį atitinkamai mažėja ir dalinis deguonies slėgis.
Žmogaus plaučiuose nuolat yra apie 3 litrus alveolių oro. Dalinis deguonies slėgis alveoliniame ore esant normaliam atmosferos slėgiui yra 110 mm Hg. Art., anglies dioksido slėgis yra 40 mm Hg. Art., o vandens garai - 47 mm Hg. Art. Didėjant aukščiui, deguonies slėgis krenta, o bendras vandens ir anglies dioksido garų slėgis plaučiuose išlieka beveik pastovus – apie 87 mm Hg. Art. Deguonies srautas į plaučius visiškai sustos, kai aplinkinio oro slėgis taps lygus šiai vertei.
Maždaug 19-20 km aukštyje atmosferos slėgis nukrenta iki 47 mm Hg. Art. Todėl tokiame aukštyje žmogaus kūne pradeda virti vanduo ir tarpląstelinis skystis. Už slėgio kabinos, tokiame aukštyje, mirtis įvyksta beveik akimirksniu. Taigi, žmogaus fiziologijos požiūriu, „kosmosas“ prasideda jau 15-19 km aukštyje.
Tankūs oro sluoksniai – troposfera ir stratosfera – saugo mus nuo žalingo radiacijos poveikio. Pakankamai retėjant orui, didesniame nei 36 km aukštyje, jonizuojanti spinduliuotė – pirminiai kosminiai spinduliai – turi intensyvų poveikį organizmui; didesniame nei 40 km aukštyje veikia žmogui pavojinga ultravioletinė saulės spektro dalis.
Jai kylant į vis didesnį aukštį virš Žemės paviršiaus atsiranda tokie mums žinomi, žemesniuose atmosferos sluoksniuose stebimi reiškiniai, tokie kaip garso sklidimas, aerodinaminio keltuvo ir pasipriešinimo atsiradimas, šilumos perdavimas konvekcijos būdu ir kt. , palaipsniui silpnėja, o tada visiškai išnyksta.
Retuose oro sluoksniuose garso sklidimas neįmanomas. Iki 60-90 km aukščio vis dar galima išnaudoti oro pasipriešinimą ir kėlimą kontroliuojamam aerodinaminiam skrydžiui. Tačiau pradedant nuo 100–130 km aukščio, kiekvienam pilotui pažįstamos skaičiaus M sąvokos ir garso barjeras praranda prasmę: ten eina sąlyginė Karmano linija, už kurios prasideda grynai balistinio skrydžio zona, kuri. galima valdyti tik naudojant reaktyviąsias jėgas.
Aukštesnėje nei 100 km atmosferoje taip pat trūksta dar vienos nepaprastos savybės – gebėjimo sugerti, pravesti ir perduoti šiluminę energiją konvekcijos būdu (t.y. maišant orą). Tai reiškia, kad orbitoje skriejančios kosminės stoties įvairūs įrangos elementai, įranga negalės atvėsti iš išorės, kaip tai įprastai daroma lėktuve – oro čiurkšlių ir oro radiatorių pagalba. Tokiame aukštyje, kaip ir apskritai erdvėje, vienintelis būdas perduoti šilumą yra šiluminė spinduliuotė.
Atmosferos susidarymo istorija
Pagal labiausiai paplitusią teoriją, laikui bėgant Žemės atmosfera buvo trijų skirtingų kompozicijų. Iš pradžių jį sudarė lengvosios dujos (vandenilis ir helis), gautų iš tarpplanetinės erdvės. Tai vadinamoji pirmykštė atmosfera (prieš maždaug keturis milijardus metų). Kitame etape dėl aktyvios vulkaninės veiklos atmosfera buvo prisotinta kitomis dujomis nei vandenilis (anglies dioksidas, amoniakas, vandens garai). Taip susiformavo antrinė atmosfera (iki šių dienų apie tris milijardus metų). Atmosfera buvo atkurianti. Be to, atmosferos formavimosi procesą lėmė šie veiksniai:
- lengvųjų dujų (vandenilio ir helio) nutekėjimas į tarpplanetinę erdvę;
- cheminės reakcijos atmosferoje, veikiant ultravioletinei spinduliuotei, žaibo iškrovoms ir kai kuriems kitiems veiksniams.
Palaipsniui dėl šių veiksnių susiformavo tretinė atmosfera, kuriai būdinga daug mažiau vandenilio ir daug daugiau azoto bei anglies dioksido (susidaro dėl cheminių amoniako ir angliavandenilių reakcijų).
Azotas
Didelis azoto N2 kiekis susidaro dėl amoniako-vandenilio atmosferos oksidacijos molekuliniu deguonimi O2, kuris fotosintezės metu pradėjo tekėti iš planetos paviršiaus, pradedant nuo 3 milijardų metų. Taip pat azotas N2 patenka į atmosferą dėl nitratų ir kitų azoto turinčių junginių denitrifikacijos. Viršutiniuose atmosferos sluoksniuose azotą ozonas oksiduoja į NO.
Azotas N2 reaguoja tik tam tikromis sąlygomis (pavyzdžiui, žaibo smūgio metu). Molekulinio azoto oksidavimas ozonu su elektros išlydžiais nedideliais kiekiais naudojamas pramoninėje azoto trąšų gamyboje. Jį sunaudojant mažai energijos gali oksiduoti ir paversti biologiškai aktyvia forma melsvadumbliai (melsvadumbliai) ir mazginės bakterijos, kurios formuoja rizobinę simbiozę su ankštiniais augalais, vadinamąją. siderates.
Deguonis
Atmosferos sudėtis pradėjo radikaliai keistis, kai Žemėje atsirado gyvų organizmų, dėl fotosintezės, kurią lydėjo deguonies išsiskyrimas ir anglies dioksido absorbcija. Iš pradžių deguonis buvo naudojamas redukuotų junginių – amoniako, angliavandenilių, geležies geležies, esančios vandenynuose ir kt., oksidacijai. Šio etapo pabaigoje deguonies kiekis atmosferoje pradėjo augti. Palaipsniui formavosi moderni atmosfera su oksidacinėmis savybėmis. Kadangi tai sukėlė rimtų ir staigių pokyčių daugelyje atmosferoje, litosferoje ir biosferoje vykstančių procesų, šis įvykis buvo vadinamas deguonies katastrofa.
Fanerozojaus metu pasikeitė atmosferos sudėtis ir deguonies kiekis. Jie pirmiausia koreliavo su organinių nuosėdinių uolienų nusėdimo greičiu. Taigi, anglies kaupimosi laikotarpiais deguonies kiekis atmosferoje, matyt, gerokai viršijo esamą lygį.
Anglies dioksidas
CO2 kiekis atmosferoje priklauso nuo ugnikalnio aktyvumo ir cheminių procesų žemės lukštuose, bet labiausiai nuo biosintezės ir organinių medžiagų skilimo Žemės biosferoje intensyvumo. Beveik visą dabartinę planetos biomasę (apie 2,4 · 1012 tonų) sudaro atmosferos ore esantys anglies dioksidas, azotas ir vandens garai. Vandenynuose, pelkėse ir miškuose palaidotos organinės medžiagos virsta anglimi, nafta ir gamtinėmis dujomis.
Inercinės dujos
Inertinių dujų – argono, helio ir kriptono – šaltinis yra ugnikalnių išsiveržimai ir radioaktyvių elementų skilimas. Žemėje apskritai ir ypač atmosferoje, palyginti su kosmosu, išeikvotos inertinės dujos. Manoma, kad to priežastis yra nuolatinis dujų nutekėjimas į tarpplanetinę erdvę.
Oro tarša
Neseniai žmonės pradėjo daryti įtaką atmosferos evoliucijai. Jo veiklos rezultatas buvo nuolatinis anglies dioksido kiekio atmosferoje padidėjimas dėl ankstesnėse geologinėse erose sukaupto angliavandenilių kuro deginimo. Fotosintezės metu sunaudojamas didžiulis CO2 kiekis, kurį sugeria pasaulio vandenynai. Šios dujos į atmosferą patenka irstant karbonatinėms uolienoms bei augalinės ir gyvūninės kilmės organinėms medžiagoms, taip pat dėl vulkanizmo ir žmogaus gamybinės veiklos. Per pastaruosius 100 metų CO2 kiekis atmosferoje padidėjo 10%, o didžioji dalis (360 mlrd. tonų) susidaro deginant kurą. Jei kuro degimo tempas ir toliau augs, tai per ateinančius 200–300 metų CO2 kiekis atmosferoje padvigubės ir gali lemti pasaulinę klimato kaitą.
Kuro deginimas yra pagrindinis teršiančių dujų (CO, NO, SO2) šaltinis. Atmosferos deguonis sieros dioksidą oksiduoja į SO3, o azoto oksidą - iki NO2 viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, kurie savo ruožtu sąveikauja su vandens garais, o susidariusi sieros rūgštis H2SO4 ir azoto rūgštis HNO3 nukrenta ant Žemės paviršiaus taip. paskambino. rūgštūs lietūs. Naudojant vidaus degimo variklius, atmosfera labai teršiama azoto oksidais, angliavandeniliais ir švino junginiais (tetraetilšvinu) Pb (CH3CH2) 4.
Aerozolinė atmosferos tarša kyla tiek dėl natūralių priežasčių (ugnikalnių išsiveržimai, dulkių audros, jūros vandens lašelių ir augalų žiedadulkių pernešimas ir kt.), tiek dėl žmogaus ūkinės veiklos (rūdos ir statybinių medžiagų kasyba, kuro deginimas, cemento gamyba). ir kt.). Intensyvus didelio masto kietųjų dalelių pašalinimas į atmosferą yra viena iš galimų klimato kaitos priežasčių planetoje.
(Lankyta 719 kartų, 1 apsilankymai šiandien)