У дома » Кухня » Съобщение по темата за горните слоеве на атмосферата. Тема по география - атмосфера

Съобщение по темата за горните слоеве на атмосферата. Тема по география - атмосфера

Земна атмосфера

атмосфера(от. друг гръцкиἀτμός - пара и σφαῖρα - топка) - газчерупка ( геосфера) около планетата Земята. Вътрешната му повърхност е покрита хидросфераи частично кора, външната граничи с околоземната част на космическото пространство.

Съвкупността от раздели на физиката и химията, които изучават атмосферата, обикновено се нарича атмосферна физика. Атмосферата определя метеорологично времена повърхността на Земята, се занимава с изучаване на времето метеорология, и дългосрочни вариации климат - климатология.

Структурата на атмосферата

Структурата на атмосферата

Тропосфера

Горната му граница е на надморска височина 8-10 km в полярните, 10-12 km в умерените и 16-18 km в тропичните ширини; по-ниска през зимата, отколкото през лятото. Долният, основен слой на атмосферата. Той съдържа повече от 80% от общата маса на атмосферния въздух и около 90% от цялата водна пара, присъстваща в атмосферата. силно развит в тропосферата турбуленцияИ конвекция, възникват облаци, развивам се циклониИ антициклони. Температурата намалява с увеличаване на височината със среден вертикал градиент 0,65°/100 m

За "нормални условия" на земната повърхност се приемат: плътност 1,2 kg/m3, барометрично налягане 101,35 kPa, температура плюс 20 °C и относителна влажност 50%. Тези условни показатели имат чисто инженерна стойност.

Стратосфера

Слоят на атмосферата, разположен на височина от 11 до 50 км. Характеризира се с лека промяна в температурата в слоя 11-25 km (долния слой на стратосферата) и повишаването му в слоя 25-40 km от -56,5 до 0,8 ° СЪС(горна стратосфера или регион инверсии). Достигайки стойност от около 273 K (почти 0 ° C) на надморска височина от около 40 km, температурата остава постоянна до надморска височина от около 55 km. Тази област с постоянна температура се нарича стратопаузаи е границата между стратосферата и мезосфера.

Стратопауза

Граничният слой на атмосферата между стратосферата и мезосферата. Има максимум във вертикалното разпределение на температурата (около 0 °C).

Мезосфера

Земна атмосфера

Мезосферазапочва от надморска височина 50 км и се простира до 80-90 км. Температурата намалява с височина със среден вертикален градиент (0,25-0,3)°/100 м. Основният енергиен процес е лъчистият топлообмен. Сложни фотохимични процеси, включващи свободни радикали, вибрационно възбудени молекули и др., определят светенето на атмосферата.

мезопауза

Преходен слой между мезосфера и термосфера. Има минимум във вертикалното разпределение на температурата (около -90 °C).

Линия Карман

Височината над морското равнище, която условно се приема за граница между земната атмосфера и космоса.

Термосфера

Основна статия: Термосфера

Атмосферни слоеве до височина 120 км

Екзосфера (сфера на дисперсия)

Екзосфера- зона на разсейване, външната част на термосферата, разположена над 700 km. Газът в екзосферата е много разреден и поради това неговите частици изтичат в междупланетното пространство ( разсейване).

До височина 100 км атмосферата е хомогенна, добре смесена смес от газове. В по-високите слоеве разпределението на газовете по височина зависи от техните молекулни маси, концентрацията на по-тежките газове намалява по-бързо с отдалечаване от повърхността на Земята. Поради намаляването на плътността на газа температурата пада от 0 °C в стратосферата до −110 °C в мезосферата. Но кинетичната енергия на отделните частици на височини от 200–250 km съответства на температура от ~1500 °C. Над 200 km се наблюдават значителни колебания в температурата и плътността на газа във времето и пространството.

На височина около 2000-3000 км екзосферата постепенно преминава в т.нар. близък космически вакуум, който е пълен със силно разредени частици от междупланетен газ, главно водородни атоми. Но този газ е само част от междупланетната материя. Другата част е съставена от прахообразни частици от кометен и метеоритен произход. В допълнение към изключително разредените прахообразни частици, в това пространство прониква електромагнитно и корпускулярно лъчение от слънчев и галактически произход.

Тропосферата представлява около 80% от масата на атмосферата, стратосферата представлява около 20%; масата на мезосферата е не повече от 0,3%, термосферата е по-малко от 0,05% от общата маса на атмосферата. Въз основа на електрическите свойства на атмосферата се разграничават неутросферата и йоносферата. В момента се смята, че атмосферата се простира до надморска височина от 2000-3000 км.

В зависимост от състава на газа в атмосферата те отделят хомосфераИ хетеросфера. хетеросфера - това е област, в която гравитацията оказва влияние върху разделянето на газовете, тъй като тяхното смесване на такава височина е незначително. Оттук следва променливият състав на хетеросферата. Под него се намира добре смесена, хомогенна част от атмосферата, т.нар хомосфера. Границата между тези слоеве се нарича турбопауза, намира се на около 120 км надморска височина.

Физически свойства

Дебелината на атмосферата е приблизително 2000 - 3000 км от повърхността на Земята. Общо тегло въздух- (5,1-5,3) × 10 18 кг. Моларна масачист сух въздух е 28,966. наляганепри 0 °C на морско ниво 101.325 kPa; критична температура-140,7 °C; критично налягане 3,7 MPa; ° С стр 1,0048 × 10 3 J/(kg K) (при 0°C), ° С v 0,7159×10 3 J/(kg K) (при 0 °C). Разтворимост на въздух във вода при 0 °C - 0,036%, при 25 °C - 0,22%.

Физиологични и други свойства на атмосферата

Вече на надморска височина от 5 км се развива необучен човек кислородно гладуванеи без адаптиране човешката работоспособност е значително намалена. Тук свършва физиологичната зона на атмосферата. Човешкото дишане става невъзможно на височина от 15 км, въпреки че до около 115 км атмосферата съдържа кислород.

Атмосферата ни осигурява необходимия кислород за дишане. Въпреки това, поради спада на общото налягане на атмосферата, докато се издигате на височина, парциалното налягане на кислорода също намалява съответно.

Човешките бели дробове постоянно съдържат около 3 литра алвеоларен въздух. Парциално наляганекислород в алвеоларния въздух при нормално атмосферно налягане е 110 mm Hg. Чл., Налягане на въглероден диоксид - 40 mm Hg. чл., а водната пара - 47 mm Hg. Изкуство. С увеличаване на надморската височина налягането на кислорода пада, а общото налягане на водните пари и въглеродния диоксид в белите дробове остава почти постоянно - около 87 mm Hg. Изкуство. Притокът на кислород в белите дробове ще спре напълно, когато налягането на околния въздух стане равно на тази стойност.

На надморска височина около 19-20 км атмосферното налягане пада до 47 mm Hg. Изкуство. Следователно на тази височина водата и интерстициалната течност започват да кипят в човешкото тяло. Извън кабината под налягане на тези височини смъртта настъпва почти мигновено. Така, от гледна точка на човешката физиология, "космосът" започва още на височина 15-19 км.

Плътните слоеве въздух - тропосферата и стратосферата - ни предпазват от вредното въздействие на радиацията. При достатъчно разреждане на въздуха, на надморска височина над 36 km, йонизиращият ефект върху тялото е силен. радиация- първични космически лъчи; на надморска височина над 40 км действа ултравиолетовата част на слънчевия спектър, която е опасна за хората.

Докато се издигаме на все по-голяма височина над повърхността на Земята, постепенно отслабваме и след това напълно изчезваме, такива познати за нас явления, наблюдавани в долните слоеве на атмосферата, като разпространението на звука, появата на аеродинамични повдигаща силаи съпротивление, пренос на топлина конвекцияи т.н.

Размножаване в разредени слоеве въздух звуксе оказва невъзможно. До височини от 60-90 км все още е възможно да се използва въздушно съпротивление и повдигане за контролиран аеродинамичен полет. Но започвайки от височини 100-130 км, концепции, познати на всеки пилот числа МИ звукова бариерагубят значението си, преминава условното Линия Карманотвъд която започва сферата на чисто балистичния полет, който може да бъде контролиран само чрез използване на реактивни сили.

На височини над 100 km атмосферата също няма друго забележително свойство - способността да абсорбира, провежда и пренася топлинна енергия чрез конвекция (т.е. чрез смесване на въздуха). Това означава, че различни елементи от оборудването, оборудването на орбиталната космическа станция няма да могат да се охлаждат отвън по начина, по който обикновено се прави в самолета - с помощта на въздушни струи и въздушни радиатори. На такава височина, както въобще в космоса, единственият начин за пренос на топлина е топлинно излъчване.

Състав на атмосферата

Състав на сух въздух

Атмосферата на Земята се състои основно от газове и различни примеси (прах, водни капки, ледени кристали, морски соли, продукти от горенето).

Концентрацията на газовете, които изграждат атмосферата, е почти постоянна, с изключение на водата (H 2 O) и въглеродния диоксид (CO 2).

Състав на сух въздух

Азот
Кислород
Аргон
вода
Въглероден двуокис
Неон
Хелий
Метан
Криптон
Водород
ксенон
Азотен оксид

В допълнение към газовете, посочени в таблицата, атмосферата съдържа SO 2, NH 3, CO, озон, въглеводороди, НС1, HF, двойки hg, I 2 и НЕи много други газове в незначителни количества. Тропосферата постоянно съдържа голям брой суспендирани твърди и течни частици ( аерозол).

История на образуването на атмосферата

Според най-разпространената теория атмосферата на Земята е била в четири различни състава във времето. Първоначално се състои от леки газове ( водородИ хелий), заснети от междупланетното пространство. Този т.нар първична атмосфера(преди около четири милиарда години). На следващия етап активната вулканична дейност доведе до насищане на атмосферата с газове, различни от водород (въглероден диоксид, амоняк, пара). Ето как вторична атмосфера(около три милиарда години преди наши дни). Тази атмосфера беше възстановяваща. Освен това процесът на образуване на атмосферата се определя от следните фактори:

изтичане на леки газове (водород и хелий) в междупланетно пространство;

химически реакции, протичащи в атмосферата под въздействието на ултравиолетово лъчение, мълнии и някои други фактори.

Постепенно тези фактори доведоха до образуването третична атмосфера, характеризиращ се с много по-ниско съдържание на водород и много по-високо съдържание на азот и въглероден диоксид (образуван в резултат на химични реакции от амоняк и въглеводороди).

Азот

Образуването на голямо количество N 2 се дължи на окисляването на амонячно-водородната атмосфера от молекулярния O 2, който започва да идва от повърхността на планетата в резултат на фотосинтеза, започвайки от преди 3 милиарда години. N 2 също се отделя в атмосферата в резултат на денитрификацията на нитрати и други азотсъдържащи съединения. Азотът се окислява от озона до NO в горните слоеве на атмосферата.

Азот N 2 влиза в реакции само при определени условия (например по време на мълния). Окисляването на молекулярен азот от озон по време на електрически разряди се използва в промишленото производство на азотни торове. Може да се окисли с ниска консумация на енергия и да се превърне в биологично активна форма цианобактерии (синьо-зелени водорасли)и нодулни бактерии, които образуват ризобиалните симбиозас вариварастения, т.нар. зелено торене.

Кислород

Съставът на атмосферата започна да се променя радикално с появата на живи организми, като резултат фотосинтезапридружено от отделяне на кислород и абсорбция на въглероден диоксид. Първоначално кислородът се изразходва за окисляване на редуцирани съединения - амоняк, въглеводороди, оксидна форма жлезасъдържащи се в океаните и т.н. В края на този етап съдържанието на кислород в атмосферата започва да расте. Постепенно се формира модерна атмосфера с окислителни свойства. Тъй като това предизвика сериозни и резки промени в много процеси, протичащи в атмосфера, литосфераИ биосфера, това събитие се нарича Кислородна катастрофа.

По време на фанерозойсъставът на атмосферата и съдържанието на кислород претърпяха промени. Те корелираха основно със скоростта на отлагане на органични седиментни скали. Така че, по време на периодите на натрупване на въглища, съдържанието на кислород в атмосферата очевидно значително надвишава съвременното ниво.

Въглероден двуокис

Съдържанието на CO 2 в атмосферата зависи от вулканичната активност и химичните процеси в земните черупки, но най-вече - от интензивността на биосинтезата и разграждането на органичните вещества в биосфера Земята. Почти цялата сегашна биомаса на планетата (около 2,4 × 10 12 тона ) се образува от въглероден диоксид, азот и водни пари, съдържащи се в атмосферния въздух. Погребан в океан, В блатаи в гористава органична материя въглища, маслоИ природен газ. (см. Геохимичен цикъл на въглерода)

благородни газове

Източник на инертни газове - аргон, хелийИ криптон- вулканични изригвания и разпадане на радиоактивни елементи. Земята като цяло и атмосферата в частност са изчерпани на инертни газове в сравнение с космоса. Смята се, че причината за това се крие в непрекъснатото изтичане на газове в междупланетното пространство.

Замърсяване на въздуха

Наскоро еволюцията на атмосферата започна да се влияе от Човек. Резултатът от неговите дейности беше постоянно значително увеличаване на съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата поради изгарянето на въглеводородни горива, натрупани в предишни геоложки епохи. Огромни количества CO 2 се изразходват по време на фотосинтезата и се абсорбират от световните океани. Този газ навлиза в атмосферата поради разлагането на карбонатни скали и органични вещества от растителен и животински произход, както и поради вулканизъм и човешки производствени дейности. През последните 100 години съдържанието на CO 2 в атмосферата се е увеличило с 10%, като основната част (360 милиарда тона) идва от изгарянето на гориво. Ако скоростта на нарастване на изгарянето на горивото продължи, тогава през следващите 50 - 60 години количеството CO 2 в атмосферата ще се удвои и може да доведе до глобално изменение на климата.

Изгарянето на гориво е основният източник и на двата замърсителни газове ( ТАКА, НЕ, ТАКА 2 ). Серният диоксид се окислява от атмосферния кислород до ТАКА 3 в горните слоеве на атмосферата, които от своя страна взаимодействат с водни пари и амоняк, и получената сярна киселина (H 2 ТАКА 4 ) И амониев сулфат ((NH 4 ) 2 ТАКА 4 ) връщане на повърхността на Земята под формата на т.нар. киселинен дъжд. Използване Двигатели с вътрешно гореневоди до значително замърсяване на въздуха с азотни оксиди, въглеводороди и оловни съединения ( тетраетил олово Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Аерозолното замърсяване на атмосферата се причинява както от естествени причини (изригване на вулкан, прашни бури, увличане на капчици морска вода и растителен прашец и др.), така и от стопанска дейност на човека (добив на руди и строителни материали, изгаряне на гориво, производство на цимент и др. .). Интензивното мащабно отстраняване на твърди частици в атмосферата е една от възможните причини за изменението на климата на планетата.

Образуване на атмосферата. Днес атмосферата на Земята е смес от газове - 78% азот, 21% кислород и малко количество други газове, като въглероден диоксид. Но когато планетата се появи за първи път, в атмосферата нямаше кислород - тя се състоеше от газове, които първоначално съществуваха в Слънчевата система.

Земята възниква, когато малки скалисти тела, съставени от прах и газ от слънчевата мъглявина, известни като планетоиди, се сблъскват едно с друго и постепенно приемат формата на планета. Докато растеше, газовете, съдържащи се в планетоидите, избухнаха и обвиха земното кълбо. След известно време първите растения започнаха да отделят кислород и първичната атмосфера се разви в сегашната плътна въздушна обвивка.

Произход на атмосферата

Дъжд от малки планетоиди удари зараждащата се Земя преди 4,6 милиарда години. Газовете на слънчевата мъглявина, затворени вътре в планетата, избягаха при сблъсък и образуваха примитивната атмосфера на Земята, състояща се от азот, въглероден диоксид и водни пари.
Топлината, отделена по време на формирането на планетата, се задържа от слой от плътни облаци на първичната атмосфера. „Парникови газове“ – като въглероден диоксид и водни пари – спират излъчването на топлина в космоса. Повърхността на Земята е наводнена с кипящо море от разтопена магма.
Когато сблъсъците на планетоиди станаха по-редки, Земята започна да се охлажда и се появиха океани. Водната пара се кондензира от гъсти облаци и дъждът, който продължава няколко еона, постепенно наводнява низините. Така се появяват първите морета.
Въздухът се пречиства, тъй като водните пари кондензират и образуват океани. С течение на времето въглеродният диоксид се разтваря в тях и атмосферата вече е доминирана от азот. Поради липсата на кислород не се образува защитен озонов слой и ултравиолетовите лъчи на слънцето свободно достигат до земната повърхност.
Животът се появява в древните океани през първите милиарди години. Най-простите синьо-зелени водорасли са защитени от ултравиолетовото лъчение от морската вода. Те използват слънчева светлина и въглероден диоксид, за да произвеждат енергия, докато кислородът се отделя като страничен продукт, който постепенно започва да се натрупва в атмосферата.
Милиарди години по-късно се образува атмосфера, богата на кислород. Фотохимичните реакции в горните слоеве на атмосферата създават тънък слой озон, който разпръсква вредната ултравиолетова светлина. Сега животът може да излезе от океаните на сушата, където в резултат на еволюцията се появяват много сложни организми.

Преди милиарди години дебел слой примитивни водорасли започна да отделя кислород в атмосферата. Те са оцелели до днес като вкаменелости, наречени строматолити.

Вулканичен произход

1. Древна, безвъздушна Земя. 2. Изригване на газове.

Според тази теория на повърхността на младата планета Земя активно са изригвали вулкани. Ранната атмосфера вероятно се е образувала, когато газовете, уловени в силиконовата обвивка на планетата, са избягали през дюзите на вулканите.

Атмосферата е въздушната обвивка на Земята. Простира се до 3000 км от земната повърхност. Следите му могат да бъдат проследени на височина до 10 000 км. А. има неравномерна плътност от 50 5, масите му са концентрирани до 5 km, 75% - до 10 km, 90% - до 16 km.

Атмосферата се състои от въздух - механична смес от няколко газа.

Азот(78%) в атмосферата играе ролята на кислороден разредител, регулиращ скоростта на окисление, а оттам и скоростта и интензивността на биологичните процеси. Азотът е основният елемент на земната атмосфера, който непрекъснато се обменя с живата материя на биосферата, а компонентите на последната са азотни съединения (аминокиселини, пурини и др.). Извличането на азот от атмосферата се извършва по неорганични и биохимични начини, въпреки че те са тясно свързани помежду си. Неорганичната екстракция е свързана с образуването на неговите съединения N 2 O, N 2 O 5, NO 2, NH 3 . Те се намират в атмосферните валежи и се образуват в атмосферата под действието на електрически разряди по време на гръмотевични бури или фотохимични реакции под въздействието на слънчевата радиация.

Биологичното фиксиране на азот се извършва от някои бактерии в симбиоза с висши растения в почвата. Азотът също се фиксира от някои планктонни микроорганизми и водорасли в морската среда. В количествено отношение биологичното свързване на азота надвишава неговата неорганична фиксация. Обмяната на целия азот в атмосферата отнема приблизително 10 милиона години. Азотът се намира в газове от вулканичен произход и в магмени скали. При нагряване на различни проби от кристални скали и метеорити се отделя азот под формата на молекули N 2 и NH 3 . Въпреки това, основната форма на присъствие на азот, както на Земята, така и на планетите от земната група, е молекулярна. Амонякът, попадайки в горните слоеве на атмосферата, бързо се окислява, освобождавайки азот. В седиментните скали той е погребан заедно с органичната материя и се намира в повишено количество в битуминозните отлагания. В процеса на регионален метаморфизъм на тези скали в земната атмосфера се отделя азот в различни форми.

Геохимичен азотен цикъл (

Кислород(21%) се използва от живите организми за дишане, е част от органичната материя (протеини, мазнини, въглехидрати). Озон O 3 . блокиране на животозастрашаващата ултравиолетова радиация от Слънцето.

Кислородът е вторият най-разпространен газ в атмосферата, играещ изключително важна роля в много процеси в биосферата. Доминиращата форма на неговото съществуване е O 2 . В горните слоеве на атмосферата, под въздействието на ултравиолетовото лъчение, настъпва дисоциация на кислородните молекули и на надморска височина от около 200 km съотношението на атомарния кислород към молекулярния (O: O 2) става равно на 10. Когато тези форми на кислород взаимодействат в атмосферата (на надморска височина 20-30 km), озонов пояс (озонов щит). Озонът (O 3) е необходим за живите организми, като забавя по-голямата част от слънчевата ултравиолетова радиация, която е вредна за тях.

В ранните етапи от развитието на Земята свободният кислород възниква в много малки количества в резултат на фотодисоциацията на въглеродния диоксид и водните молекули в горните слоеве на атмосферата. Въпреки това, тези малки количества бързо се изразходват при окисляването на други газове. С появата на автотрофни фотосинтезиращи организми в океана ситуацията се промени значително. Количеството свободен кислород в атмосферата започна прогресивно да нараства, активно окислявайки много компоненти на биосферата. По този начин първите порции свободен кислород допринесоха основно за прехода на железните форми на желязото в оксид и сулфидите в сулфати.

В крайна сметка количеството свободен кислород в земната атмосфера достигна определена маса и се оказа балансирано по такъв начин, че произведеното количество стана равно на погълнатото. Установено е относително постоянство на съдържанието на свободен кислород в атмосферата.

Геохимичен цикъл на кислорода (В.А. Вронски, Г.В. Войткевич)

Въглероден двуокис, отива за образуването на жива материя и заедно с водните пари създава така наречения "парников (парников) ефект."

Въглерод (въглероден диоксид) - по-голямата част от него в атмосферата е под формата на CO 2 и много по-малко под формата на CH 4. Значението на геохимичната история на въглерода в биосферата е изключително голямо, тъй като той е част от всички живи организми. В живите организми преобладават редуцираните форми на въглерода, а в околната среда на биосферата - окислените. Така се установява химическият обмен на жизнения цикъл: CO 2 ↔ жива материя.

Основният източник на въглероден диоксид в биосферата е вулканичната дейност, свързана с вековното обезгазяване на мантията и долните хоризонти на земната кора. Част от този въглероден диоксид възниква от термичното разлагане на древни варовици в различни метаморфни зони. Миграцията на CO 2 в биосферата протича по два начина.

Първият начин се изразява в абсорбцията на CO 2 в процеса на фотосинтеза с образуването на органични вещества и последващо погребване в благоприятни редуциращи условия в литосферата под формата на торф, въглища, нефт, нефтени шисти. Според втория метод въглеродната миграция води до създаването на карбонатна система в хидросферата, където CO 2 се превръща в H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2. След това, с участието на калций (по-рядко магнезий и желязо), утаяването на карбонатите става по биогенен и абиогенен начин. Появяват се дебели слоеве от варовици и доломити. Според A.B. Ронов, съотношението на органичния въглерод (Corg) към карбонатния въглерод (Ccarb) в историята на биосферата е било 1:4.

Наред с глобалния цикъл на въглерода, има редица негови малки цикли. И така, на сушата зелените растения абсорбират CO 2 за процеса на фотосинтеза през деня, а през нощта го отделят в атмосферата. Със смъртта на живите организми на земната повърхност органичната материя се окислява (с участието на микроорганизми) с отделянето на CO 2 в атмосферата. През последните десетилетия специално място в цикъла на въглерода заема масовото изгаряне на изкопаеми горива и увеличаването на съдържанието му в съвременната атмосфера.

Въглероден цикъл в географска обвивка (по Ф. Рамад, 1981 г.)

Аргон- третият най-често срещан атмосферен газ, което рязко го отличава от изключително рядко срещаните други инертни газове. Въпреки това аргонът в своята геоложка история споделя съдбата на тези газове, които се характеризират с две характеристики:

необратимостта на тяхното натрупване в атмосферата;
тясна връзка с радиоактивното разпадане на определени нестабилни изотопи.

Инертните газове са извън циркулацията на повечето циклични елементи в биосферата на Земята.

Всички инертни газове могат да бъдат разделени на първични и радиогенни. Първичните са тези, които са били уловени от Земята по време на нейното формиране. Те са изключително редки. Основната част на аргона е представена главно от изотопи 36 Ar и 38 Ar, докато атмосферният аргон се състои изцяло от изотопа 40 Ar (99,6%), който несъмнено е радиогенен. В скалите, съдържащи калий, радиогенният аргон се натрупва поради разпадането на калий-40 чрез улавяне на електрони: 40 K + e → 40 Ar.

Следователно съдържанието на аргон в скалите се определя от тяхната възраст и количеството калий. До тази степен концентрацията на хелий в скалите е функция на тяхната възраст и съдържанието на торий и уран. Аргонът и хелият се отделят в атмосферата от земните недра при вулканични изригвания, през пукнатини в земната кора под формата на газови струи, а също и при изветряне на скалите. Според изчисленията, извършени от P. Dimon и J. Culp, хелият и аргонът се натрупват в земната кора в съвременната епоха и навлизат в атмосферата в относително малки количества. Скоростта на навлизане на тези радиогенни газове е толкова ниска, че по време на геоложката история на Земята не може да осигури наблюдаваното им съдържание в съвременната атмосфера. Следователно остава да се приеме, че по-голямата част от аргона в атмосферата идва от недрата на Земята в най-ранните етапи от нейното развитие, а много по-малка част е добавена по-късно в процеса на вулканизъм и по време на изветрянето на калий- съдържащи скали.

Така по време на геологичното време хелият и аргонът са имали различни миграционни процеси. В атмосферата има много малко хелий (около 5 * 10 -4%) и "хелиевият дъх" на Земята беше по-улеснен, тъй като той, като най-лекият газ, избяга в открития космос. И "аргонов дъх" - тежък и аргон остана в рамките на нашата планета. Повечето от първичните инертни газове, като неон и ксенон, са свързани с първичния неон, уловен от Земята по време на нейното формиране, както и с освобождаването в атмосферата по време на дегазирането на мантията. Съвкупността от данни за геохимията на благородните газове показва, че първичната атмосфера на Земята е възникнала в най-ранните етапи от нейното развитие.

Атмосферата съдържа водна параИ водав течно и твърдо състояние. Водата в атмосферата е важен акумулатор на топлина.

Долните слоеве на атмосферата съдържат голямо количество минерален и техногенен прах и аерозоли, продукти от горенето, соли, спори и растителен прашец и др.

До височина 100-120 км, поради пълното смесване на въздуха, съставът на атмосферата е хомогенен. Съотношението между азот и кислород е постоянно. Отгоре преобладават инертни газове, водород и др.В ниските слоеве на атмосферата има водни пари. С отдалечаване от земята съдържанието му намалява. По-горе съотношението на газовете се променя, например на надморска височина от 200-800 км кислородът надделява над азота 10-100 пъти.

Дебелината на атмосферата е около 120 км от повърхността на Земята. Общата маса на въздуха в атмосферата е (5,1-5,3) 10 18 kg. От тях масата на сухия въздух е 5,1352 ± 0,0003 10 18 kg, общата маса на водните пари е средно 1,27 10 16 kg.

тропопауза

Преходният слой от тропосферата към стратосферата, слоят на атмосферата, в който спира намаляването на температурата с височина.

Стратосфера

Слоят на атмосферата, разположен на височина от 11 до 50 км. Характерна е лека промяна в температурата в слоя 11-25 km (долния слой на стратосферата) и повишаването му в слоя 25-40 km от −56,5 до 0,8 ° (горна стратосфера или инверсионна област). Достигнала стойност от около 273 K (почти 0 °C) на надморска височина от около 40 km, температурата остава постоянна до надморска височина от около 55 km. Тази област с постоянна температура се нарича стратопауза и е границата между стратосферата и мезосферата.

Стратопауза

Мезосфера

Земна атмосфера

Границата на земната атмосфера

Термосфера

Горната граница е около 800 км. Температурата се повишава до надморска височина от 200-300 km, където достига стойности от порядъка на 1500 K, след което остава почти постоянна до голяма надморска височина. Под въздействието на ултравиолетовата и рентгеновата слънчева радиация и космическата радиация въздухът се йонизира ("полярно сияние") - основните области на йоносферата се намират вътре в термосферата. На надморска височина над 300 км преобладава атомният кислород. Горната граница на термосферата до голяма степен се определя от текущата активност на Слънцето. В периоди на ниска активност - например през 2008-2009 г. - има забележимо намаляване на размера на този слой.

Термопауза

Областта на атмосферата над термосферата. В този регион поглъщането на слънчевата радиация е незначително и температурата всъщност не се променя с височината.

Екзосфера (сфера на дисперсия)

До височина 100 км атмосферата е хомогенна, добре смесена смес от газове. В по-високите слоеве разпределението на газовете по височина зависи от техните молекулни маси, концентрацията на по-тежките газове намалява по-бързо с отдалечаване от повърхността на Земята. Поради намаляването на плътността на газа температурата пада от 0 °C в стратосферата до −110 °C в мезосферата. Но кинетичната енергия на отделните частици на височини от 200–250 km съответства на температура от ~150 °C. Над 200 km се наблюдават значителни колебания в температурата и плътността на газа във времето и пространството.

На височина около 2000-3500 км екзосферата постепенно преминава в т.нар. близък космически вакуум, който е пълен със силно разредени частици от междупланетен газ, главно водородни атоми. Но този газ е само част от междупланетната материя. Другата част е съставена от прахообразни частици от кометен и метеоритен произход. В допълнение към изключително разредените прахообразни частици, в това пространство прониква електромагнитно и корпускулярно лъчение от слънчев и галактически произход.

В зависимост от състава на газа в атмосферата те отделят хомосфераИ хетеросфера. хетеросфера- това е област, в която гравитацията оказва влияние върху разделянето на газовете, тъй като тяхното смесване на такава височина е незначително. Оттук следва променливият състав на хетеросферата. Под него се намира добре смесена, хомогенна част от атмосферата, наречена хомосфера. Границата между тези слоеве се нарича турбопауза, тя се намира на надморска височина от около 120 км.

Физиологични и други свойства на атмосферата

Вече на надморска височина от 5 км необучен човек развива кислороден глад и без адаптация производителността на човека значително намалява. Тук свършва физиологичната зона на атмосферата. Човешкото дишане става невъзможно на височина от 9 км, въпреки че до около 115 км атмосферата съдържа кислород.

В разредените слоеве въздух разпространението на звука е невъзможно. До височини от 60-90 км все още е възможно да се използва въздушно съпротивление и повдигане за контролиран аеродинамичен полет. Но започвайки от надморска височина от 100-130 км, концепциите за числото М и звуковата бариера, познати на всеки пилот, губят значението си: там минава условната линия на Карман, отвъд която започва зоната на чисто балистичен полет, които могат да се контролират само с помощта на реактивни сили.

На височини над 100 km атмосферата също няма друго забележително свойство - способността да абсорбира, провежда и пренася топлинна енергия чрез конвекция (т.е. чрез смесване на въздуха). Това означава, че различни елементи от оборудването, оборудването на орбиталната космическа станция няма да могат да се охлаждат отвън по начина, по който обикновено се прави в самолета - с помощта на въздушни струи и въздушни радиатори. На такава височина, както и в космоса като цяло, единственият начин за пренос на топлина е топлинното излъчване.

История на образуването на атмосферата

Според най-разпространената теория атмосферата на Земята е била в три различни състава във времето. Първоначално се състои от леки газове (водород и хелий), уловени от междупланетното пространство. Този т.нар първична атмосфера(преди около четири милиарда години). На следващия етап активната вулканична дейност доведе до насищане на атмосферата с газове, различни от водород (въглероден диоксид, амоняк, водни пари). Ето как вторична атмосфера(около три милиарда години преди наши дни). Тази атмосфера беше възстановяваща. Освен това процесът на образуване на атмосферата се определя от следните фактори:

изтичане на леки газове (водород и хелий) в междупланетното пространство;
химически реакции, протичащи в атмосферата под въздействието на ултравиолетово лъчение, мълнии и някои други фактори.

Азот

Образуването на голямо количество азот N 2 се дължи на окисляването на амонячно-водородната атмосфера от молекулярния кислород O 2, който започва да идва от повърхността на планетата в резултат на фотосинтеза, започвайки от преди 3 милиарда години. Азот N 2 също се отделя в атмосферата в резултат на денитрификацията на нитрати и други азотсъдържащи съединения. Азотът се окислява от озона до NO в горните слоеве на атмосферата.

Азот N 2 влиза в реакции само при определени условия (например по време на мълния). Окисляването на молекулярен азот от озон по време на електрически разряди се използва в малки количества в промишленото производство на азотни торове. Може да се окислява с нисък разход на енергия и да се превръща в биологично активна форма от цианобактерии (синьо-зелени водорасли) и нодулни бактерии, които образуват ризобиална симбиоза с бобовите растения, т.нар. зелено торене.

Кислород

Съставът на атмосферата започва да се променя радикално с появата на живите организми на Земята, в резултат на фотосинтеза, придружена от освобождаване на кислород и усвояване на въглероден диоксид. Първоначално кислородът се изразходва за окисляване на редуцирани съединения - амоняк, въглеводороди, желязото, съдържащо се в океаните, и др. В края на този етап съдържанието на кислород в атмосферата започва да расте. Постепенно се формира модерна атмосфера с окислителни свойства. Тъй като това предизвика сериозни и резки промени в много процеси, протичащи в атмосферата, литосферата и биосферата, това събитие беше наречено Кислородна катастрофа.

благородни газове

Замърсяване на въздуха

Напоследък човекът започна да влияе върху еволюцията на атмосферата. Резултатът от неговите дейности беше постоянно значително увеличаване на съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата поради изгарянето на въглеводородни горива, натрупани в предишни геоложки епохи. Огромни количества CO 2 се изразходват по време на фотосинтезата и се абсорбират от световните океани. Този газ навлиза в атмосферата поради разлагането на карбонатни скали и органични вещества от растителен и животински произход, както и поради вулканизъм и човешки производствени дейности. През последните 100 години съдържанието на CO 2 в атмосферата се е увеличило с 10%, като основната част (360 милиарда тона) идва от изгарянето на гориво. Ако темпът на нарастване на изгарянето на горива продължи, тогава през следващите 200-300 години количеството CO 2 в атмосферата ще се удвои и може да доведе до глобални промени в климата.

Изгарянето на горива е основният източник на замърсяващи газове (СО,, SO 2). Серният диоксид се окислява от атмосферния кислород до SO 3 в горните слоеве на атмосферата, който от своя страна взаимодейства с водни пари и амоняк, а получената сярна киселина (H 2 SO 4) и амониев сулфат ((NH 4) 2 SO 4) се връщат в повърхността на Земята под формата на т.нар. киселинен дъжд. Използването на двигатели с вътрешно горене води до значително замърсяване на въздуха с азотни оксиди, въглеводороди и оловни съединения (тетраетил олово Pb (CH 3 CH 2) 4)).

Вижте също

Jacchia (модел на атмосферата)

Бележки

Връзки

Литература

В. В. Парин, Ф. П. Космолински, Б. А. Душков„Космическа биология и медицина“ (2-ро издание, преработено и допълнено), М .: „Просвещение“, 1975 г., 223 страници.
Н. В. Гусакова"Химия на околната среда", Ростов на Дон: Феникс, 2004, 192 с ISBN 5-222-05386-5
Соколов В. А.Геохимия на природните газове, М., 1971;
Макюен М, Филипс Л.Химия на атмосферата, М., 1978;
Уорк К., Уорнър С.Замърсяване на въздуха. Извори и контрол, прев. от англ., М.. 1980;
Мониторинг на фоново замърсяване на природните среди. V. 1, Л., 1982.

Земята
История на Земята	Възраст на Земята Геологична история на Земята Геологична времева скала История на живота на Земята Заледяване на Земята Парадокс на слабото младо слънце Теория на гигантския удар Хронология на еволюцията
География и геология	Австралия Азия Антарктика Африка Европа Северна Америка Южна Америка Атлантически океан Индийски океан Северен ледовит океан

Атмосферата е смес от различни газове. Той се простира от повърхността на Земята на височина до 900 км, защитавайки планетата от вредния спектър на слънчевата радиация и съдържа газове, необходими за целия живот на планетата. Атмосферата улавя топлината на слънцето, затопляйки се близо до земната повърхност и създавайки благоприятен климат.

Състав на атмосферата

Атмосферата на Земята се състои основно от два газа - азот (78%) и кислород (21%). Освен това съдържа примеси от въглероден диоксид и други газове. в атмосферата съществува под формата на пари, капки влага в облаци и ледени кристали.

Слоеве на атмосферата

Атмосферата се състои от много слоеве, между които няма ясни граници. Температурите на различните слоеве се различават значително една от друга.

безвъздушна магнитосфера. Повечето от спътниците на Земята летят тук извън земната атмосфера. Екзосфера (450-500 км от повърхността). Почти не съдържа газове. Някои метеорологични спътници летят в екзосферата. Термосферата (80-450 км) се характеризира с високи температури, достигащи 1700°C в горния слой. Мезосфера (50-80 км). В тази сфера температурата пада с увеличаване на надморската височина. Именно тук изгарят повечето от метеоритите (фрагменти от космически скали), които навлизат в атмосферата. Стратосфера (15-50 км). Съдържа озонов слой, т.е. слой от озон, който абсорбира ултравиолетовото лъчение от слънцето. Това води до повишаване на температурата в близост до повърхността на Земята. Тук обикновено летят реактивни самолети, като видимостта в този слой е много добра и почти няма смущения, причинени от метеорологичните условия. Тропосфера. Височината варира от 8 до 15 км от земната повърхност. Именно тук се формира времето на планетата, тъй като през този слой съдържа най-много водни пари, прах и ветрове. Температурата намалява с отдалечаване от земната повърхност.

Атмосферно налягане

Въпреки че не го усещаме, слоевете на атмосферата оказват натиск върху повърхността на Земята. Най-високата е близо до повърхността и с отдалечаване от нея постепенно намалява. Зависи от температурната разлика между сушата и океана и следователно в райони, разположени на една и съща височина над морското равнище, често има различно налягане. Ниското налягане носи влажно време, докато високото налягане обикновено определя ясно време.

Движението на въздушните маси в атмосферата

И наляганията причиняват смесване на долната атмосфера. Това създава ветрове, които духат от области с високо налягане към области с ниско налягане. В много региони се появяват и локални ветрове, причинени от разликите в температурите на сушата и морето. Планините също оказват значително влияние върху посоката на ветровете.

Парников ефект

Въглеродният диоксид и други газове в земната атмосфера улавят слънчевата топлина. Този процес обикновено се нарича парников ефект, тъй като в много отношения е подобен на циркулацията на топлина в оранжерии. Парниковият ефект причинява глобално затопляне на планетата. В области с високо налягане - антициклони - се установява ясно слънчево такова. В райони с ниско налягане - циклони - времето обикновено е нестабилно. Топлина и светлина навлизат в атмосферата. Газовете улавят топлината, отразена от земната повърхност, като по този начин причиняват повишаване на температурата на земята.

В стратосферата има специален озонов слой. Озонът блокира по-голямата част от ултравиолетовото лъчение от Слънцето, предпазвайки Земята и целия живот на нея от него. Учените са установили, че причината за разрушаването на озоновия слой са специални газове хлорфлуорвъглероден диоксид, съдържащи се в някои аерозоли и хладилно оборудване. Над Арктика и Антарктида са открити огромни дупки в озоновия слой, които допринасят за увеличаване на количеството ултравиолетова радиация, засягаща повърхността на Земята.

Озонът се образува в ниските слоеве на атмосферата като резултат между слънчевата радиация и различни изгорели газове и газове. Обикновено той се разпръсква в атмосферата, но ако се образува затворен слой студен въздух под слой топъл въздух, озонът се концентрира и възниква смог. За съжаление, това не може да компенсира загубата на озон в озоновите дупки.

Сателитното изображение ясно показва дупка в озоновия слой над Антарктида. Размерът на дупката варира, но учените смятат, че непрекъснато се увеличава. Правят се опити да се намали нивото на изгорелите газове в атмосферата. Намалете замърсяването на въздуха и използвайте бездимни горива в градовете. Смогът причинява дразнене на очите и задушаване при много хора.

Възникването и еволюцията на земната атмосфера

Съвременната атмосфера на Земята е резултат от дълго еволюционно развитие. Възниква в резултат на съвместното действие на геоложки фактори и жизнената дейност на организмите. През геоложката история земната атмосфера е преминала през няколко дълбоки пренареждания. Въз основа на геоложки данни и теоретични (предпоставки), първичната атмосфера на младата Земя, която е съществувала преди около 4 милиарда години, може да се състои от смес от инертни и благородни газове с малка добавка на пасивен азот (Н. А. Ясаманов, 1985 г. ; А. С. Монин, 1987; О. Г. Сорохтин, С. А. Ушаков, 1991, 1993. Понастоящем виждането за състава и структурата на ранната атмосфера е донякъде променено. Първичната атмосфера (протоатмосфера) е на най-ранния протопланетен етап. 4,2 милиарда години , може да се състои от смес от метан, амоняк и въглероден диоксид. В резултат на дегазирането на мантията и активните процеси на изветряне, протичащи на земната повърхност, водните пари, въглеродните съединения под формата на CO 2 и CO, сярата и нейните съединения започнаха да навлизат в атмосферата, както и силни халогенни киселини - HCI, HF, HI и борна киселина, които бяха допълнени с метан, амоняк, водород, аргон и някои други благородни газове в атмосферата. Тази първична атмосфера беше изключително тънка. Следователно температурата в близост до земната повърхност беше близка до температурата на радиационното равновесие (А. С. Монин, 1977).

С течение на времето газовият състав на първичната атмосфера започва да се трансформира под въздействието на процесите на изветряне на скалите, изпъкнали на земната повърхност, жизнената активност на цианобактериите и синьо-зелените водорасли, вулканичните процеси и действието на слънчевата светлина. Това доведе до разлагането на метана на въглероден диоксид, амоняка - на азот и водород; въглеродният диоксид започна да се натрупва във вторичната атмосфера, която бавно се спусна към земната повърхност, и азотът. Благодарение на жизнената активност на синьо-зелените водорасли, в процеса на фотосинтеза започва да се произвежда кислород, който обаче в началото се изразходва главно за „окисляване на атмосферни газове, а след това и на скали. В същото време в атмосферата започна интензивно да се натрупва амоняк, окислен до молекулярен азот. Предполага се, че значителна част от азота в съвременната атмосфера е реликтен. Метанът и въглеродният оксид се окисляват до въглероден диоксид. Сярата и сероводородът се окисляват до SO 2 и SO 3, които поради високата си подвижност и лекота бързо се отстраняват от атмосферата. Така атмосферата от редуцираща, каквато е била през архея и ранния протерозой, постепенно се превръща в окислителна.

Въглеродният диоксид навлиза в атмосферата както в резултат на окисление на метан, така и в резултат на дегазация на мантията и изветряне на скалите. В случай, че целият въглероден диоксид, отделен през цялата история на Земята, остане в атмосферата, нейното парциално налягане сега може да стане същото като на Венера (О. Сорохтин, С. А. Ушаков, 1991). Но на Земята процесът беше обратен. Значителна част от въглеродния диоксид от атмосферата е разтворен в хидросферата, в която е използван от водните организми за изграждане на техните черупки и биогенно превърнат в карбонати. Впоследствие от тях се формират най-мощните слоеве от хемогенни и органогенни карбонати.

Кислородът се подава в атмосферата от три източника. Дълго време, започвайки от момента на образуването на Земята, той се освобождава по време на дегазацията на мантията и се изразходва главно за окислителни процеси.Друг източник на кислород е фотодисоциацията на водните пари от силно ултравиолетово слънчево лъчение. изяви; свободният кислород в атмосферата доведе до смъртта на повечето от прокариотите, които живееха в редуциращи условия. Прокариотните организми са променили своите местообитания. Те напуснаха повърхността на Земята до нейните дълбини и региони, където редукционните условия все още бяха запазени. Те бяха заменени от еукариоти, които започнаха енергично да преработват въглеродния диоксид в кислород.

По време на архея и значителна част от протерозоя почти целият кислород, възникващ както абиогенно, така и биогенно, се изразходва главно за окисляване на желязо и сяра. До края на протерозоя цялото двувалентно метално желязо, което е било на земната повърхност, или се е окислило, или се е преместило в земното ядро. Това доведе до промяна на парциалното налягане на кислорода в атмосферата на ранния протерозой.

В средата на протерозоя концентрацията на кислород в атмосферата достигна точката Urey и възлиза на 0,01% от сегашното ниво. От този момент кислородът започва да се натрупва в атмосферата и вероятно вече в края на Рифея съдържанието му достига точката на Пастьор (0,1% от сегашното ниво). Възможно е озоновият слой да е възникнал през вендския период и по това време никога да не е изчезнал.

Появата на свободен кислород в земната атмосфера стимулира еволюцията на живота и води до появата на нови форми с по-съвършен метаболизъм. Ако по-ранните еукариотни едноклетъчни водорасли и цианиди, които се появяват в началото на протерозоя, изискват съдържание на кислород във водата само 10 -3 от съвременната му концентрация, тогава с появата на нескелетни Metazoa в края на ранния венд, т.е. преди около 650 милиона години концентрацията на кислород в атмосферата е трябвало да бъде много по-висока. В крайна сметка Metazoa използва кислородно дишане и това изисква парциалното налягане на кислорода да достигне критично ниво - точката на Пастьор. В този случай процесът на анаеробна ферментация е заменен от енергийно по-обещаващ и прогресивен кислороден метаболизъм.

След това по-нататъшното натрупване на кислород в земната атмосфера се случи доста бързо. Прогресивното увеличаване на обема на синьо-зелените водорасли допринесе за постигането в атмосферата на нивото на кислород, необходимо за поддържане на живота на животинския свят. Известно стабилизиране на съдържанието на кислород в атмосферата е настъпило от момента, в който растенията са излезли на сушата - преди около 450 милиона години. Появата на растенията на сушата, настъпила през силурийския период, доведе до окончателното стабилизиране на нивото на кислород в атмосферата. Оттогава концентрацията му започва да се колебае в доста тесни граници, никога не надхвърляйки съществуването на живот. Концентрацията на кислород в атмосферата се стабилизира напълно след появата на цъфтящи растения. Това събитие се случи в средата на периода Креда, т.е. преди около 100 милиона години.

По-голямата част от азота се образува в ранните етапи от развитието на Земята, главно поради разлагането на амоняка. С появата на организмите започва процесът на свързване на атмосферния азот в органична материя и погребването му в морските седименти. След освобождаването на организмите на сушата, азотът започва да се погребва в континенталните утайки. Процесите на преработка на свободния азот са особено засилени с появата на сухоземни растения.

На границата на криптозоя и фанерозоя, т.е. преди около 650 милиона години, съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата намаля до десети от процента и достигна съдържание, близко до сегашното ниво, съвсем наскоро, около 10-20 милиона преди години.

Така газовият състав на атмосферата не само осигурява жизнено пространство за организмите, но и определя характеристиките на тяхната жизнена дейност, насърчава заселването и еволюцията. Произтичащите неуспехи в разпределението на благоприятния за организмите състав на атмосферния газ, както поради космически, така и планетарни причини, доведоха до масови измирания на органичния свят, които многократно се случваха през криптозоя и в определени граници на историята на фанерозоя.

Етносферни функции на атмосферата

Земната атмосфера осигурява необходимото вещество, енергия и определя посоката и скоростта на метаболитните процеси. Газовият състав на съвременната атмосфера е оптимален за съществуването и развитието на живота. Като зона на формиране на времето и климата, атмосферата трябва да създава удобни условия за живот на хора, животни и растителност. Отклоненията в една или друга посока в качеството на атмосферния въздух и климатичните условия създават екстремни условия за живот на животинския и растителния свят, включително и на човека.

Атмосферата на Земята не само осигурява условията за съществуване на човечеството, но е и основният фактор в еволюцията на етносферата. Същевременно се оказва енергиен и суровинен ресурс за производство. Като цяло атмосферата е фактор, който запазва здравето на хората, а някои райони, поради физико-географските условия и качеството на атмосферния въздух, служат като зони за отдих и са зони, предназначени за санаториално лечение и отдих на хората. Така атмосферата е фактор на естетическо и емоционално въздействие.

Етносферните и техносферните функции на атмосферата, определени съвсем наскоро (Е. Д. Никитин, Н. А. Ясаманов, 2001), се нуждаят от независимо и задълбочено изследване. По този начин изследването на енергийните функции на атмосферата е много уместно както от гледна точка на възникването и функционирането на процеси, които увреждат околната среда, така и от гледна точка на въздействието върху здравето и благосъстоянието на хората. В този случай става дума за енергията на циклоните и антициклоните, атмосферните вихри, атмосферното налягане и други екстремни атмосферни явления, чието ефективно използване ще допринесе за успешното решаване на проблема с получаването на алтернативни източници на енергия, които не замърсяват заобикаляща среда. В крайна сметка въздушната среда, особено тази част от нея, която се намира над Световния океан, е зона за освобождаване на колосално количество свободна енергия.

Например установено е, че тропическите циклони със средна сила отделят енергия, еквивалентна на енергията на 500 000 атомни бомби, хвърлени над Хирошима и Нагасаки само за ден. За 10 дни от съществуването на такъв циклон се отделя достатъчно енергия, за да задоволи всички енергийни нужди на страна като САЩ за 600 години.

През последните години бяха публикувани голям брой трудове на естествени учени, до известна степен свързани с различни аспекти на дейността и влиянието на атмосферата върху земните процеси, което показва засилването на интердисциплинарните взаимодействия в съвременната естествена наука. В същото време се проявява интегриращата роля на някои от неговите направления, сред които е необходимо да се отбележи функционално-екологичното направление в геоекологията.

Това направление стимулира анализа и теоретичното обобщаване на екологичните функции и планетарната роля на различни геосфери, а това от своя страна е важна предпоставка за разработване на методология и научни основи за цялостно изследване на нашата планета, рационално използване и защита на своите природни ресурси.

Атмосферата на Земята се състои от няколко слоя: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, йоносфера и екзосфера. В горната част на тропосферата и долната част на стратосферата има слой, обогатен с озон, наречен озонов слой. Установени са определени (дневни, сезонни, годишни и др.) закономерности в разпределението на озона. От самото си създаване атмосферата оказва влияние върху хода на планетарните процеси. Първичният състав на атмосферата е бил напълно различен от сегашния, но с течение на времето делът и ролята на молекулярния азот непрекъснато се увеличават, преди около 650 милиона години се появява свободен кислород, чието количество непрекъснато нараства, но концентрацията на въглероден диоксид намалява съответно . Високата подвижност на атмосферата, нейният газов състав и наличието на аерозоли определят нейната изключителна роля и активно участие в различни геоложки и биосферни процеси. Ролята на атмосферата в преразпределението на слънчевата енергия и развитието на катастрофални природни явления и бедствия е голяма. Атмосферните вихри – торнадо (торнадо), урагани, тайфуни, циклони и други явления оказват негативно влияние върху органичния свят и природните системи. Основните източници на замърсяване, наред с природните фактори, са различни форми на стопанска дейност на човека. Антропогенните въздействия върху атмосферата се изразяват не само в появата на различни аерозоли и парникови газове, но и в увеличаване на количеството на водните пари и се проявяват под формата на смог и киселинен дъжд. Парниковите газове променят температурния режим на земната повърхност, емисиите на някои газове намаляват обема на озоновия екран и допринасят за образуването на озонови дупки. Голяма е етносферната роля на земната атмосфера.

Ролята на атмосферата в природните процеси

Приземната атмосфера в нейното междинно състояние между литосферата и космическото пространство и нейният газов състав създава условия за живот на организмите. В същото време изветрянето и интензивността на разрушаването на скалите, преносът и натрупването на детритни материали зависят от количеството, характера и честотата на валежите, от честотата и силата на ветровете и особено от температурата на въздуха. Атмосферата е централният компонент на климатичната система. Температура и влажност на въздуха, облачност и валежи, вятър - всичко това характеризира времето, тоест непрекъснато променящото се състояние на атмосферата. В същото време същите тези компоненти характеризират и климата, т.е. средния дългосрочен режим на времето.

Съставът на газовете, наличието на облаци и различни примеси, които се наричат аерозолни частици (пепел, прах, частици водна пара), определят характеристиките на преминаването на слънчевата радиация през атмосферата и предотвратяват изтичането на топлинната радиация на Земята. в открития космос.

Атмосферата на Земята е много подвижна. Протичащите в него процеси и промените в газовия му състав, дебелината, облачността, прозрачността и наличието на различни аерозолни частици в него влияят както на времето, така и на климата.

Действието и посоката на природните процеси, както и животът и дейността на Земята се определят от слънчевата радиация. Той дава 99,98% от топлината, идваща на земната повърхност. Годишно прави 134*1019 kcal. Това количество топлина може да се получи чрез изгаряне на 200 милиарда тона въглища. Запасите от водород, който създава този поток от термоядрена енергия в масата на Слънцето, ще са достатъчни поне за още 10 милиарда години, т.е. за два пъти по-дълъг период от съществуването на самата планета.

Около 1/3 от общото количество слънчева енергия, навлизаща в горната граница на атмосферата, се отразява обратно в световното пространство, 13% се абсорбира от озоновия слой (включително почти цялата ултравиолетова радиация). 7% - останалата част от атмосферата и само 44% достига земната повърхност. Общата слънчева радиация, достигаща Земята за един ден, е равна на енергията, която човечеството е получило в резултат на изгарянето на всички видове горива през последното хилядолетие.

Количеството и характерът на разпределението на слънчевата радиация върху земната повърхност са в тясна зависимост от облачността и прозрачността на атмосферата. Количеството разсеяна радиация се влияе от височината на Слънцето над хоризонта, прозрачността на атмосферата, съдържанието на водни пари, прах, общото количество въглероден диоксид и др.

Максималното количество разсеяна радиация попада в полярните области. Колкото по-ниско е слънцето над хоризонта, толкова по-малко топлина навлиза в дадена област.

Прозрачността и облачността на атмосферата са от голямо значение. В облачен летен ден обикновено е по-студено, отколкото в ясен, тъй като дневните облаци предотвратяват нагряването на земната повърхност.

Съдържанието на прах в атмосферата играе важна роля в разпределението на топлината. Фино диспергираните твърди частици прах и пепел в него, които влияят на неговата прозрачност, влияят неблагоприятно на разпределението на слънчевата радиация, голяма част от която се отразява. Фините частици навлизат в атмосферата по два начина: или пепел, изхвърлена по време на вулканични изригвания, или пустинен прах, пренесен от ветровете от сухите тропически и субтропични региони. Особено много такъв прах се образува в периода на засушаване, когато се пренася в горните слоеве на атмосферата от потоци топъл въздух и може да остане там дълго време. След изригването на вулкана Кракатау през 1883 г. прахът, изхвърлен на десетки километри в атмосферата, остава в стратосферата около 3 години. В резултат на изригването през 1985 г. на вулкана Ел Чичон (Мексико) прахът достигна Европа и следователно имаше леко понижение на температурите на повърхността.

Атмосферата на Земята съдържа променливо количество водна пара. В абсолютно изражение, тегловно или обемно, количеството му варира от 2 до 5%.

Водната пара, подобно на въглеродния диоксид, засилва парниковия ефект. В облаците и мъглите, възникващи в атмосферата, протичат особени физикохимични процеси.

Основният източник на водни пари в атмосферата е повърхността на океаните. Годишно от него се изпарява слой вода с дебелина от 95 до 110 см. Част от влагата се връща в океана след кондензация, а другата се насочва към континентите от въздушните течения. В райони с променлив влажен климат валежите овлажняват почвата, а във влажните райони създават запаси от подземни води. Така атмосферата е акумулатор на влага и резервоар за валежи. а образуващите се в атмосферата мъгли осигуряват влагата на почвената покривка и по този начин играят решаваща роля в развитието на животинския и растителния свят.

Атмосферната влага се разпределя по земната повърхност поради подвижността на атмосферата. Има много сложна система от ветрове и разпределение на налягането. Поради факта, че атмосферата е в непрекъснато движение, характерът и степента на разпределение на ветровите потоци и налягането непрекъснато се променят. Мащабите на циркулация варират от микрометеорологични, измерващи само няколкостотин метра, до глобални, измерващи няколко десетки хиляди километра. Огромни атмосферни вихри участват в създаването на системи от мащабни въздушни течения и определят общата циркулация на атмосферата. Освен това те са източници на катастрофални атмосферни явления.

Разпределението на времето и климатичните условия и функционирането на живата материя зависят от атмосферното налягане. В случай, че атмосферното налягане варира в малки граници, то не играе решаваща роля за благосъстоянието на хората и поведението на животните и не засяга физиологичните функции на растенията. По правило фронталните явления и промените във времето са свързани с промени в налягането.

Основно значение за образуването на вятъра има атмосферното налягане, което като релефообразуващ фактор оказва най-силно влияние върху флората и фауната.

Вятърът е в състояние да потисне растежа на растенията и в същото време насърчава прехвърлянето на семена. Голяма е ролята на вятъра във формирането на времето и климатичните условия. Той също така действа като регулатор на морските течения. Вятърът като един от екзогенните фактори допринася за ерозията и дефлацията на изветрения материал на големи разстояния.

Екологична и геоложка роля на атмосферните процеси

Намаляването на прозрачността на атмосферата поради появата на аерозолни частици и твърд прах в нея влияе върху разпределението на слънчевата радиация, увеличавайки албедото или отразяващата способност. Различни химични реакции водят до същия резултат, причинявайки разлагане на озона и генериране на "перлени" облаци, състоящи се от водна пара. Глобалната промяна в отразяващата способност, както и промените в газовия състав на атмосферата, главно парникови газове, са причина за изменението на климата.

Неравномерното нагряване, което причинява разлики в атмосферното налягане в различните части на земната повърхност, води до атмосферна циркулация, която е отличителен белег на тропосферата. Когато има разлика в налягането, въздухът се втурва от области с високо налягане към области с ниско налягане. Тези движения на въздушните маси, заедно с влажността и температурата, определят основните екологични и геоложки характеристики на атмосферните процеси.

В зависимост от скоростта вятърът предизвиква различни геоложки дейности на земната повърхност. Със скорост 10 m/s разклаща дебели клони на дървета, вдига и носи прах и фин пясък; чупи клони на дървета със скорост 20 м/с, пренася пясък и чакъл; със скорост 30 m/s (буря) събаря покриви на къщи, изкоренява дървета, чупи стълбове, мести камъчета и носи дребен чакъл, а ураган със скорост 40 m/s разрушава къщи, къса и разрушава електропроводи стълбове, изкоренява големи дървета.

Силно негативно въздействие върху околната среда с катастрофални последици имат шквалните бури и торнадо (торнадо) - атмосферни вихри, които се появяват през топлия сезон на мощни атмосферни фронтове със скорост до 100 m/s. Шкваловете са хоризонтални вихрушки с ураганна скорост на вятъра (до 60-80 m/s). Те често са придружени от силни валежи и гръмотевични бури с продължителност от няколко минути до половин час. Шкваловете обхващат територии с ширина до 50 км и изминават разстояние от 200-250 км. Силна буря в Москва и Московска област през 1998 г. повреди покривите на много къщи и събори дървета.

Торнадата, наричани торнадо в Северна Америка, са мощни атмосферни вихри с форма на фуния, често свързвани с гръмотевични облаци. Това са колони от въздух, стесняващи се в средата с диаметър от няколко десетки до стотици метри. Торнадото има вид на фуния, много подобна на слонски хобот, спускаща се от облаците или издигаща се от повърхността на земята. Притежавайки силно разреждане и висока скорост на въртене, торнадото пътува до няколкостотин километра, извличайки прах, вода от резервоари и различни предмети. Мощните торнада са придружени от гръмотевични бури, дъжд и имат голяма разрушителна сила.

Торнадо рядко се появяват в субполярни или екваториални региони, където е постоянно студено или горещо. Малко торнада в открития океан. Торнадо се среща в Европа, Япония, Австралия, САЩ, а в Русия те са особено чести в района на Централния Чернозем, в района на Москва, Ярославъл, Нижни Новгород и Иваново.

Торнадата вдигат и преместват коли, къщи, фургони, мостове. Особено разрушителни торнадо (торнадо) се наблюдават в Съединените щати. Годишно се регистрират от 450 до 1500 торнада със средно около 100 жертви. Торнадото са бързодействащи катастрофални атмосферни процеси. Оформят се само за 20-30 минути, а времето им на съществуване е 30 минути. Поради това е почти невъзможно да се предвиди времето и мястото на възникване на торнадо.

Други разрушителни, но дълготрайни атмосферни вихри са циклоните. Те се образуват поради спад на налягането, който при определени условия допринася за възникването на кръгово движение на въздушните течения. Атмосферните вихри възникват около мощни възходящи потоци от влажен топъл въздух и се въртят с висока скорост по посока на часовниковата стрелка в южното полукълбо и обратно на часовниковата стрелка в северното полукълбо. Циклоните, за разлика от торнадото, възникват над океаните и произвеждат своите разрушителни действия над континентите. Основните разрушителни фактори са силни ветрове, интензивни валежи под формата на снеговалеж, дъждове, градушка и наводнения. Ветрове със скорост 19 - 30 m / s образуват буря, 30 - 35 m / s - буря и повече от 35 m / s - ураган.

Тропическите циклони - урагани и тайфуни - имат средна ширина от няколкостотин километра. Скоростта на вятъра вътре в циклона достига ураганна сила. Тропическите циклони продължават от няколко дни до няколко седмици, движейки се със скорост от 50 до 200 км/ч. Циклоните на средна ширина имат по-голям диаметър. Напречните им размери варират от хиляда до няколко хиляди километра, скоростта на вятъра е бурна. Те се движат в северното полукълбо от запад и са придружени с градушки и снеговалежи, които са катастрофални. Циклоните и свързаните с тях урагани и тайфуни са най-големите природни бедствия след наводненията по отношение на броя на жертвите и нанесените щети. В гъсто населените райони на Азия броят на жертвите по време на урагани се измерва в хиляди. През 1991 г. в Бангладеш по време на ураган, който предизвика образуването на морски вълни с височина 6 м, загинаха 125 хиляди души. Тайфуните нанасят големи щети на Съединените щати. В резултат на това умират десетки и стотици хора. В Западна Европа ураганите причиняват по-малко щети.

Гръмотевичните бури се считат за катастрофално атмосферно явление. Те възникват, когато топъл, влажен въздух се издига много бързо. На границата на тропическия и субтропичния пояс гръмотевичните бури се случват 90-100 дни в годината, в умерения пояс - 10-30 дни. В нашата страна най-голям брой гръмотевични бури има в Северен Кавказ.

Гръмотевичните бури обикновено продължават по-малко от час. Особена опасност представляват интензивни валежи, градушки, мълнии, пориви на вятъра и вертикални въздушни течения. Опасността от градушка се определя от размера на зърната градушка. В Северен Кавказ масата на зърната град веднъж достигна 0,5 кг, а в Индия бяха отбелязани зърна градушка с тегло 7 кг. Най-опасните зони у нас се намират в Северен Кавказ. През юли 1992 г. градушка поврежда 18 самолета на летището в Минералние Води.

Светкавицата е опасно метеорологично явление. Те убиват хора, добитък, предизвикват пожари, повреждат електропреносната мрежа. Около 10 000 души умират всяка година от гръмотевични бури и последствията от тях по света. Освен това в някои части на Африка, във Франция и САЩ, броят на жертвите от мълния е по-голям, отколкото от други природни явления. Годишните икономически щети от гръмотевични бури в САЩ са най-малко 700 милиона долара.

Засушаванията са типични за пустинни, степни и лесостепни райони. Липсата на валежи води до изсушаване на почвата, понижаване нивото на подземните води и в резервоарите до пълното им изсъхване. Недостигът на влага води до смърт на растителността и културите. Сушите са особено тежки в Африка, Близкия и Средния изток, Централна Азия и Южна Северна Америка.

Сушите променят условията на живот на хората, оказват неблагоприятно въздействие върху природната среда чрез процеси като засоляване на почвата, сухи ветрове, прашни бури, ерозия на почвата и горски пожари. Пожарите са особено силни по време на суша в районите на тайгата, тропическите и субтропичните гори и саваните.

Засушаванията са краткотрайни процеси, които продължават един сезон. Когато засушаванията продължават повече от два сезона, има заплаха от глад и масова смъртност. Обикновено ефектът от сушата се простира на територията на една или повече държави. Особено често продължителни суши с трагични последици се случват в района на Сахел в Африка.

Атмосферните явления като снеговалежи, периодични проливни дъждове и продължителни продължителни дъждове нанасят големи щети. Снеговалежите причиняват масови лавини в планините, а бързото топене на падналия сняг и продължителните обилни дъждове водят до наводнения. Огромна маса вода, падаща върху земната повърхност, особено в безлесни райони, причинява силна ерозия на почвената покривка. Наблюдава се интензивен растеж на деревно-гредовите системи. Наводненията възникват в резултат на големи наводнения по време на период на обилни валежи или наводнения след внезапно затопляне или пролетно снеготопене и следователно са атмосферни явления по произход (те са обсъдени в главата за екологичната роля на хидросферата).

Антропогенни промени в атмосферата

В момента има много различни източници на антропогенно естество, които причиняват замърсяване на атмосферата и водят до сериозни нарушения на екологичния баланс. По отношение на мащаба два източника оказват най-голямо влияние върху атмосферата: транспортът и индустрията. Средно транспортът представлява около 60% от общото количество замърсяване на атмосферата, индустрията - 15%, топлинната енергия - 15%, технологиите за унищожаване на битови и промишлени отпадъци - 10%.

Транспортът, в зависимост от използваното гориво и видовете окислители, отделя в атмосферата азотни оксиди, сяра, въглеродни оксиди и диоксиди, олово и неговите съединения, сажди, бензопирен (вещество от групата на полицикличните ароматни въглеводороди, което е силен канцероген, който причинява рак на кожата).

Промишлеността отделя в атмосферата серен диоксид, въглеродни оксиди и диоксиди, въглеводороди, амоняк, сероводород, сярна киселина, фенол, хлор, флуор и други съединения и химикали. Но доминиращата позиция сред емисиите (до 85%) е заета от прах.

В резултат на замърсяването се променя прозрачността на атмосферата, в нея се появяват аерозоли, смог и киселинни дъждове.

Аерозолите са диспергирани системи, състоящи се от твърди частици или течни капчици, суспендирани в газообразна среда. Размерът на частиците на дисперсната фаза обикновено е 10 -3 -10 -7 см. В зависимост от състава на дисперсната фаза аерозолите се разделят на две групи. Единият включва аерозоли, състоящи се от твърди частици, диспергирани в газообразна среда, вторият - аерозоли, които са смес от газообразна и течна фази. Първите се наричат димове, а вторите - мъгли. Кондензационните центрове играят важна роля в процеса на тяхното образуване. Като ядра на кондензация действат вулканична пепел, космически прах, продукти от промишлени емисии, различни бактерии и др.. Броят на възможните източници на концентрационни ядра непрекъснато нараства. Така например, когато сухата трева е унищожена от пожар на площ от 4000 m 2, се образуват средно 11 * 10 22 аерозолни ядра.

Аерозолите започнаха да се образуват от момента на появата на нашата планета и повлияха на природните условия. Но техният брой и действие, балансирани с общия кръговрат на веществата в природата, не предизвикаха дълбоки екологични промени. Антропогенните фактори на тяхното формиране изместиха този баланс към значителни биосферни претоварвания. Тази особеност е особено изразена, откакто човечеството започна да използва специално създадени аерозоли както под формата на токсични вещества, така и за растителна защита.

Най-опасни за растителната покривка са аерозолите от серен диоксид, флуороводород и азот. Когато са в контакт с мокра листна повърхност, те образуват киселини, които имат пагубен ефект върху живите същества. Киселинните мъгли, заедно с вдишания въздух, навлизат в дихателните органи на животните и хората и агресивно засягат лигавиците. Някои от тях разлагат живи тъкани, а радиоактивните аерозоли причиняват рак. Сред радиоактивните изотопи SG 90 е особено опасен не само поради канцерогенността си, но и като аналог на калция, който го замества в костите на организмите, причинявайки тяхното разлагане.

По време на ядрени експлозии в атмосферата се образуват радиоактивни аерозолни облаци. Малките частици с радиус 1 - 10 микрона попадат не само в горните слоеве на тропосферата, но и в стратосферата, в която могат да останат дълго време. Аерозолните облаци се образуват и по време на работа на реактори на промишлени предприятия, които произвеждат ядрено гориво, както и в резултат на аварии в атомни електроцентрали.

Смогът е смес от аерозоли с течни и твърди диспергирани фази, които образуват мъглива завеса над промишлени зони и големи градове.

Има три вида смог: леден, мокър и сух. Леденият смог се нарича аляски. Това е комбинация от газообразни замърсители с добавка на прахови частици и ледени кристали, които се получават при замръзване на капки мъгла и пара от отоплителните системи.

Мокър смог или лондонски смог понякога се нарича зимен смог. Това е смес от газообразни замърсители (предимно серен диоксид), прахови частици и капки мъгла. Метеорологичната предпоставка за появата на зимен смог е тихото време, при което слой топъл въздух се намира над повърхностния слой студен въздух (под 700 m). В същото време отсъства не само хоризонтален, но и вертикален обмен. Замърсителите, обикновено разпръснати във високи слоеве, в този случай се натрупват в повърхностния слой.

Сухият смог се появява през лятото и често се нарича смог от тип LA. Това е смес от озон, въглероден окис, азотни оксиди и киселинни пари. Такъв смог се образува в резултат на разграждането на замърсителите от слънчевата радиация, особено нейната ултравиолетова част. Метеорологичната предпоставка е атмосферна инверсия, изразяваща се в появата на слой студен въздух над топлия. Газове и твърди частици, които обикновено се повдигат от топли въздушни течения, след това се разпръскват в горните студени слоеве, но в този случай те се натрупват в инверсионния слой. В процеса на фотолиза азотните диоксиди, образувани при изгарянето на горивото в автомобилните двигатели, се разлагат:

НЕ 2 → НЕ + О

Тогава се получава синтез на озон:

O + O 2 + M → O 3 + M

NO + O → NO 2

Процесите на фотодисоциация са придружени от жълто-зелен блясък.

Освен това протичат реакции от вида: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, т.е. образува се силна сярна киселина.

При промяна на метеорологичните условия (поява на вятър или промяна на влажността) студеният въздух се разсейва и смогът изчезва.

Наличието на канцерогени в смога води до дихателна недостатъчност, дразнене на лигавиците, нарушения на кръвообращението, астматично задушаване и често смърт. Смогът е особено опасен за малките деца.

Киселинният дъжд е атмосферен валеж, подкиселен от промишлени емисии на серни оксиди, азотни оксиди и изпарения на перхлорна киселина и хлор, разтворени в тях. В процеса на изгаряне на въглища и газ по-голямата част от сярата в него, както под формата на оксид, така и в съединения с желязо, по-специално в пирит, пиротит, халкопирит и др., се превръща в серен оксид, който заедно с въглероден диоксид, се отделя в атмосферата. Когато атмосферният азот и техническите емисии се комбинират с кислород, се образуват различни азотни оксиди, а обемът на образуваните азотни оксиди зависи от температурата на горене. По-голямата част от азотните оксиди възникват по време на експлоатацията на превозни средства и дизелови локомотиви, а по-малка част се среща в енергетиката и промишлените предприятия. Серните и азотните оксиди са основните образуващи киселина. При взаимодействие с атмосферния кислород и водните пари в него се образуват сярна и азотна киселина.

Известно е, че алкално-киселинният баланс на средата се определя от стойността на pH. Неутралната среда има pH стойност 7, киселинната среда има pH стойност 0, а алкалната среда има pH стойност 14. В съвременната епоха pH стойността на дъждовната вода е 5,6, въпреки че в близкото минало беше неутрален. Намаляването на стойността на pH с единица съответства на десетократно увеличение на киселинността и следователно в момента почти навсякъде падат дъждове с повишена киселинност. Максималната киселинност на дъждовете, регистрирана в Западна Европа, е 4-3,5 pH. Трябва да се има предвид, че стойността на pH, равна на 4-4,5, е фатална за повечето риби.

Киселинните дъждове имат агресивно въздействие върху растителната покривка на Земята, върху промишлени и жилищни сгради и допринасят за значително ускоряване на изветрянето на оголените скали. Повишаването на киселинността предотвратява саморегулирането на неутрализацията на почвите, в които са разтворени хранителни вещества. Това от своя страна води до рязко намаляване на добивите и причинява деградация на растителната покривка. Киселинността на почвата допринася за освобождаването на тежки, които са в свързано състояние, които постепенно се абсорбират от растенията, причинявайки сериозни увреждания на тъканите в тях и прониквайки в хранителните вериги на човека.

Промяната в алкално-киселинния потенциал на морските води, особено в плитките води, води до спиране на възпроизводството на много безгръбначни, причинява смъртта на рибите и нарушава екологичния баланс в океаните.

В резултат на киселинните дъждове горите на Западна Европа, Балтийските държави, Карелия, Урал, Сибир и Канада са под заплаха от смърт.

Тип