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Botschaft zum Thema der oberen Schichten der Atmosphäre. Thema Geographie - Atmosphäre

Erdatmosphäre

Atmosphäre(aus. andere Griechenἀτμός - Dampf und σφαῖρα - Kugel) - Gas Hülse ( Geosphäre) umgibt den Planeten Erde. Seine Innenfläche ist bedeckt Hydrosphäre und teilweise bellen, der äußere grenzt an den erdnahen Teil des Weltraums.

Die Gesamtheit der Bereiche der Physik und Chemie, die sich mit der Atmosphäre befassen, wird allgemein als bezeichnet Atmosphärenphysik. Die Atmosphäre bestimmt Wetter auf der Erdoberfläche beschäftigt sich mit der Erforschung des Wetters Meteorologie, und langfristige Schwankungen Klima - Klimatologie.

Die Struktur der Atmosphäre

Die Struktur der Atmosphäre

Troposphäre

Seine obere Grenze liegt bei einer Höhe von 8-10 km in polaren, 10-12 km in gemäßigten und 16-18 km in tropischen Breiten; im Winter niedriger als im Sommer. Die untere Hauptschicht der Atmosphäre. Es enthält mehr als 80 % der Gesamtmasse der atmosphärischen Luft und etwa 90 % des gesamten in der Atmosphäre vorhandenen Wasserdampfs. in der Troposphäre hoch entwickelt Turbulenz und Konvektion, entstehen Wolken, sich entwickeln Zyklone und Antizyklone. Die Temperatur nimmt mit zunehmender Höhe bei einer mittleren Vertikalen ab Gradient 0,65°/100m

Als „Normalbedingungen“ an der Erdoberfläche gelten: Dichte 1,2 kg/m3, barometrischer Druck 101,35 kPa, Temperatur plus 20 °C und relative Luftfeuchtigkeit 50 %. Diese bedingten Indikatoren haben einen rein technischen Wert.

Stratosphäre

Die Schicht der Atmosphäre befindet sich in einer Höhe von 11 bis 50 km. Gekennzeichnet durch eine leichte Temperaturänderung in der 11-25-km-Schicht (untere Schicht der Stratosphäre) und deren Anstieg in der 25-40-km-Schicht von -56,5 auf 0,8 ° AUS(obere Stratosphäre oder Region Umkehrungen). Nachdem die Temperatur in etwa 40 km Höhe einen Wert von etwa 273 K (fast 0 °C) erreicht hat, bleibt sie bis zu einer Höhe von etwa 55 km konstant. Dieser Bereich konstanter Temperatur wird genannt Stratopause und ist die Grenze zwischen der Stratosphäre und Mesosphäre.

Stratopause

Die Grenzschicht der Atmosphäre zwischen der Stratosphäre und der Mesosphäre. Es gibt ein Maximum in der vertikalen Temperaturverteilung (ca. 0 °C).

Mesosphäre

Erdatmosphäre

Mesosphäre beginnt in einer Höhe von 50 km und erstreckt sich bis zu 80-90 km. Die Temperatur nimmt mit der Höhe ab mit einem durchschnittlichen vertikalen Gradienten von (0,25-0,3)°/100 m. Der Hauptenergieprozess ist die Strahlungswärmeübertragung. Komplexe photochemische Prozesse, die beteiligt sind freie Radikale, schwingungserregte Moleküle usw. bestimmen das Leuchten der Atmosphäre.

Mesopause

Übergangsschicht zwischen Mesosphäre und Thermosphäre. Es gibt ein Minimum in der vertikalen Temperaturverteilung (ca. -90 °C).

Karman-Linie

Höhe über dem Meeresspiegel, die herkömmlicherweise als Grenze zwischen der Erdatmosphäre und dem Weltraum akzeptiert wird.

Thermosphäre

Hauptartikel: Thermosphäre

Atmosphärenschichten bis zu einer Höhe von 120 km

Exosphäre (streuende Kugel)

Exosphäre- Streuzone, der äußere Teil der Thermosphäre, der sich über 700 km befindet. Das Gas in der Exosphäre ist sehr verdünnt, und daher entweichen seine Partikel in den interplanetaren Raum ( Ableitung).

Bis zu einer Höhe von 100 km ist die Atmosphäre ein homogenes, gut durchmischtes Gasgemisch. In höheren Schichten hängt die Höhenverteilung von Gasen von ihrer Molekülmasse ab, die Konzentration schwererer Gase nimmt mit zunehmender Entfernung von der Erdoberfläche schneller ab. Durch die Abnahme der Gasdichte sinkt die Temperatur von 0 °C in der Stratosphäre auf −110 °C in der Mesosphäre. Die kinetische Energie einzelner Teilchen in Höhen von 200–250 km entspricht jedoch einer Temperatur von ~1500 °C. Oberhalb von 200 km werden erhebliche zeitliche und räumliche Schwankungen der Temperatur und der Gasdichte beobachtet.

In einer Höhe von etwa 2000-3000 km geht die Exosphäre allmählich in die sogenannte über in der Nähe des Weltraumvakuums, der mit stark verdünnten Partikeln interplanetaren Gases, hauptsächlich Wasserstoffatomen, gefüllt ist. Aber dieses Gas ist nur ein Teil der interplanetaren Materie. Der andere Teil besteht aus staubähnlichen Partikeln kometarischen und meteorischen Ursprungs. Neben extrem verdünnten staubähnlichen Partikeln dringt elektromagnetische und korpuskulare Strahlung solaren und galaktischen Ursprungs in diesen Raum ein.

Die Troposphäre macht etwa 80 % der Masse der Atmosphäre aus, die Stratosphäre etwa 20 %; Die Masse der Mesosphäre beträgt nicht mehr als 0,3%, die Thermosphäre weniger als 0,05% der Gesamtmasse der Atmosphäre. Aufgrund der elektrischen Eigenschaften in der Atmosphäre werden Neutrosphäre und Ionosphäre unterschieden. Es wird derzeit angenommen, dass sich die Atmosphäre bis zu einer Höhe von 2000-3000 km erstreckt.

Je nach Zusammensetzung des Gases in der Atmosphäre emittieren sie Homosphäre und Heterosphäre. Heterosphäre - Dies ist ein Bereich, in dem die Schwerkraft die Trennung von Gasen beeinflusst, da ihre Vermischung in einer solchen Höhe vernachlässigbar ist. Daraus folgt die variable Zusammensetzung der Heterosphäre. Darunter liegt ein gut durchmischter, homogener Teil der Atmosphäre, genannt Homosphäre. Die Grenze zwischen diesen Schichten wird genannt Turbopause, es liegt auf einer Höhe von etwa 120 km.

Physikalische Eigenschaften

Die Dicke der Atmosphäre beträgt ungefähr 2000 - 3000 km von der Erdoberfläche. Gesamtgewicht Luft- (5,1-5,3) × 10 18 kg. Molmasse saubere trockene Luft ist 28,966. Druck bei 0 °C auf Meereshöhe 101.325 kPa; kritische Temperatur-140,7 °C; kritischer Druck 3,7 MPa; C p 1,0048 × 10 3 J/(kg·K)(bei 0°C), C v 0,7159 × 10 3 J/(kg·K) (bei 0 °C). Löslichkeit von Luft in Wasser bei 0 °C - 0,036 %, bei 25 °C - 0,22 %.

Physiologische und andere Eigenschaften der Atmosphäre

Bereits in einer Höhe von 5 km über dem Meeresspiegel entwickelt sich ein untrainierter Mensch Sauerstoffmangel und ohne Anpassung wird die menschliche Leistungsfähigkeit erheblich reduziert. Hier endet die physiologische Zone der Atmosphäre. In einer Höhe von 15 km wird das menschliche Atmen unmöglich, obwohl die Atmosphäre bis etwa 115 km Sauerstoff enthält.

Die Atmosphäre versorgt uns mit dem Sauerstoff, den wir zum Atmen brauchen. Aufgrund der Abnahme des Gesamtdrucks der Atmosphäre nimmt jedoch mit zunehmender Höhe auch der Sauerstoffpartialdruck entsprechend ab.

Die menschliche Lunge enthält ständig etwa 3 Liter Alveolarluft. Partialdruck Sauerstoff in der Alveolarluft bei normalem atmosphärischem Druck beträgt 110 mm Hg. Art., Kohlendioxiddruck - 40 mm Hg. Art. und Wasserdampf - 47 mm Hg. Kunst. Mit zunehmender Höhe sinkt der Sauerstoffdruck und der Gesamtdruck von Wasserdampf und Kohlendioxid in der Lunge bleibt nahezu konstant - etwa 87 mm Hg. Kunst. Der Sauerstofffluss in die Lunge wird vollständig gestoppt, wenn der Druck der Umgebungsluft diesem Wert entspricht.

In einer Höhe von etwa 19-20 km fällt der atmosphärische Druck auf 47 mm Hg ab. Kunst. Daher beginnen in dieser Höhe Wasser und interstitielle Flüssigkeit im menschlichen Körper zu kochen. Außerhalb der Druckkabine in diesen Höhen tritt der Tod fast augenblicklich ein. Aus Sicht der menschlichen Physiologie beginnt "Weltraum" also bereits in einer Höhe von 15-19 km.

Dichte Luftschichten – Troposphäre und Stratosphäre – schützen uns vor den schädlichen Auswirkungen der Strahlung. Bei ausreichender Luftverdünnung wird in Höhen von mehr als 36 km eine intensive Wirkung auf den Körper durch Ionisierung ausgeübt Strahlung- primäre kosmische Strahlung; In Höhen von mehr als 40 km wirkt der für den Menschen gefährliche ultraviolette Teil des Sonnenspektrums.

Wenn wir uns in immer größere Höhen über die Erdoberfläche erheben, allmählich schwächer werden und dann vollständig verschwinden, beobachten wir solche Phänomene, die wir in den unteren Schichten der Atmosphäre beobachten, wie die Ausbreitung von Schall, die Entstehung von Aerodynamik Hubkraft und Widerstand, Wärmeübertragung Konvektion usw.

In verdünnten Luftschichten Ausbreitung Klang erweist sich als unmöglich. Bis zu Höhen von 60-90 km ist es noch möglich, Luftwiderstand und Auftrieb für einen kontrollierten aerodynamischen Flug zu nutzen. Aber ab Höhen von 100-130 km, Konzepte, die jedem Piloten geläufig sind Zahlen m und Schallmauer verlieren ihre Bedeutung, es vergeht der Konditional Karman-Linie darüber hinaus beginnt die Sphäre des rein ballistischen Fluges, der nur durch den Einsatz von Reaktionskräften beherrschbar ist.

In Höhen über 100 km wird der Atmosphäre auch eine weitere bemerkenswerte Eigenschaft entzogen – die Fähigkeit, Wärmeenergie durch Konvektion (d. h. durch Luftvermischung) aufzunehmen, zu leiten und zu übertragen. Dies bedeutet, dass verschiedene Ausrüstungselemente der orbitalen Raumstation nicht wie in einem Flugzeug üblich - mit Hilfe von Luftdüsen und Luftradiatoren - von außen gekühlt werden können. In einer solchen Höhe, wie im Weltraum allgemein, ist die einzige Möglichkeit, Wärme zu übertragen Wärmestrahlung.

Zusammensetzung der Atmosphäre

Zusammensetzung trockener Luft

Die Erdatmosphäre besteht hauptsächlich aus Gasen und verschiedenen Verunreinigungen (Staub, Wassertropfen, Eiskristalle, Meersalze, Verbrennungsprodukte).

Die Konzentration von Gasen, aus denen die Atmosphäre besteht, ist nahezu konstant, mit Ausnahme von Wasser (H 2 O) und Kohlendioxid (CO 2).

Zusammensetzung trockener Luft

Stickstoff
Sauerstoff
Argon
Wasser
Kohlendioxid
Neon
Helium
Methan
Krypton
Wasserstoff
Xenon
Lachgas

Neben den in der Tabelle angegebenen Gasen enthält die Atmosphäre SO 2, NH 3, CO, Ozon, Kohlenwasserstoffe, HCl, HF, Paare hg, I 2 , und NEIN und viele andere Gase in geringen Mengen. Die Troposphäre enthält ständig eine große Anzahl von festen und flüssigen Schwebeteilchen ( Sprühdose).

Entstehungsgeschichte der Atmosphäre

Nach der gängigsten Theorie hatte die Erdatmosphäre im Laufe der Zeit vier verschiedene Zusammensetzungen. Anfangs bestand es aus leichten Gasen ( Wasserstoff und Helium) aus dem interplanetaren Raum aufgenommen. Diese sog primäre Atmosphäre(vor etwa vier Milliarden Jahren). Im nächsten Stadium führte aktive vulkanische Aktivität zur Sättigung der Atmosphäre mit anderen Gasen als Wasserstoff (Kohlendioxid, Ammoniak, Dampf). Das ist wie sekundäre Atmosphäre(etwa drei Milliarden Jahre vor unserer Zeit). Diese Atmosphäre war erholsam. Darüber hinaus wurde der Entstehungsprozess der Atmosphäre durch folgende Faktoren bestimmt:

Austreten von leichten Gasen (Wasserstoff und Helium) in interplanetaren Raum;

chemische Reaktionen, die in der Atmosphäre unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung, Blitzentladungen und einigen anderen Faktoren auftreten.

Allmählich führten diese Faktoren zur Gründung tertiäre Atmosphäre, gekennzeichnet durch einen viel geringeren Wasserstoffgehalt und einen viel höheren Gehalt an Stickstoff und Kohlendioxid (entstanden durch chemische Reaktionen aus Ammoniak und Kohlenwasserstoffen).

Stickstoff

Die Bildung einer großen Menge N 2 ist auf die Oxidation der Ammoniak-Wasserstoff-Atmosphäre durch molekulares O 2 zurückzuführen, das vor 3 Milliarden Jahren als Ergebnis der Photosynthese von der Oberfläche des Planeten zu kommen begann. N 2 wird auch durch die Denitrifikation von Nitraten und anderen stickstoffhaltigen Verbindungen in die Atmosphäre freigesetzt. Stickstoff wird in der oberen Atmosphäre durch Ozon zu NO oxidiert.

Stickstoff N 2 geht nur unter bestimmten Bedingungen (z. B. während einer Blitzentladung) Reaktionen ein. Die Oxidation von molekularem Stickstoff durch Ozon während elektrischer Entladungen wird bei der industriellen Herstellung von Stickstoffdüngemitteln verwendet. Es kann mit geringem Energieaufwand oxidiert und in eine biologisch aktive Form überführt werden Cyanobakterien (Blaualgen) und Knötchenbakterien, die das Rhizobien bilden Symbiose Mit Hülsenfrüchte Pflanzen, sog. Gründüngung.

Sauerstoff

Die Zusammensetzung der Atmosphäre begann sich mit dem Aufkommen radikal zu ändern lebende Organismen, ergebend Photosynthese begleitet von der Freisetzung von Sauerstoff und der Aufnahme von Kohlendioxid. Anfänglich wurde Sauerstoff für die Oxidation reduzierter Verbindungen aufgewendet - Ammoniak, Kohlenwasserstoffe, Oxidform Drüse in den Ozeanen usw. enthalten. Am Ende dieser Phase begann der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre zu steigen. Allmählich bildete sich eine moderne Atmosphäre mit oxidierenden Eigenschaften. Da dies zu schwerwiegenden und abrupten Änderungen in vielen Prozessen führte, die in Atmosphäre, Lithosphäre und Biosphäre, wird dieses Ereignis aufgerufen Sauerstoffkatastrophe.

Während Phanerozoikum Die Zusammensetzung der Atmosphäre und der Sauerstoffgehalt veränderten sich. Sie korrelierten vor allem mit der Ablagerungsrate organischer Sedimentgesteine. Während der Zeiten der Kohleanhäufung hat der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre anscheinend das moderne Niveau merklich überschritten.

Kohlendioxid

Der Gehalt an CO 2 in der Atmosphäre hängt von der vulkanischen Aktivität und den chemischen Prozessen in den Erdschalen ab, vor allem aber von der Intensität der Biosynthese und Zersetzung organischer Stoffe in Biosphäre Erde. Nahezu die gesamte derzeitige Biomasse des Planeten (etwa 2,4 × 10 12 Tonnen ) entsteht durch Kohlendioxid, Stickstoff und Wasserdampf, die in der atmosphärischen Luft enthalten sind. Vergraben in Ozean, in Sümpfe und in Wälder organische Materie wird Kohle, Öl und Erdgas. (cm. Geochemischer Kohlenstoffkreislauf)

Edelgase

Quelle von Inertgasen - Argon, Helium und Krypton- Vulkanausbrüche und Zerfall radioaktiver Elemente. Die Erde als Ganzes und die Atmosphäre im Besonderen sind im Vergleich zum Weltraum an Inertgasen verarmt. Es wird angenommen, dass der Grund dafür im kontinuierlichen Austreten von Gasen in den interplanetaren Raum liegt.

Luftverschmutzung

Vor kurzem begann die Entwicklung der Atmosphäre beeinflusst zu werden Mensch. Das Ergebnis seiner Aktivitäten war eine ständige signifikante Erhöhung des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre durch die Verbrennung von Kohlenwasserstoffbrennstoffen, die sich in früheren Erdepochen angesammelt haben. Riesige Mengen an CO 2 werden bei der Photosynthese verbraucht und von den Weltmeeren aufgenommen. Dieses Gas gelangt durch die Zersetzung von Karbonatgestein und organischen Substanzen pflanzlichen und tierischen Ursprungs sowie durch Vulkanismus und menschliche Produktionsaktivitäten in die Atmosphäre. In den letzten 100 Jahren hat der CO 2 -Gehalt in der Atmosphäre um 10 % zugenommen, wobei der größte Teil (360 Milliarden Tonnen) aus der Brennstoffverbrennung stammt. Wenn die Wachstumsrate der Kraftstoffverbrennung anhält, wird sich in den nächsten 50 - 60 Jahren die CO 2 -Menge in der Atmosphäre verdoppeln und möglicherweise dazu führen Globaler Klimawandel.

Die Kraftstoffverbrennung ist die Hauptquelle beider Schadgase ( ALSO, NEIN, ALSO 2 ). Schwefeldioxid wird durch Luftsauerstoff zu oxidiert ALSO 3 in der oberen Atmosphäre, die wiederum mit Wasserdampf und Ammoniak wechselwirkt, und die daraus resultierenden Schwefelsäure (H 2 ALSO 4 ) und Ammoniumsulfat ((NH 4 ) 2 ALSO 4 ) Rückkehr an die Erdoberfläche in Form eines sogenannten. saurer Regen. Verwendungszweck Verbrennungsmotoren führt zu einer erheblichen Luftverschmutzung mit Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen und Bleiverbindungen ( Tetraethylblei Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

Die Aerosolbelastung der Atmosphäre wird sowohl durch natürliche Ursachen (Vulkanausbruch, Staubstürme, Mitnahme von Meerwassertröpfchen und Pflanzenpollen usw.) als auch durch menschliche wirtschaftliche Aktivitäten (Erz- und Baustoffabbau, Brennstoffverbrennung, Zementherstellung usw.) verursacht .). Die intensive großflächige Entfernung von Feststoffpartikeln in die Atmosphäre ist eine der möglichen Ursachen für den Klimawandel auf dem Planeten.

Bildung der Atmosphäre. Heute ist die Erdatmosphäre eine Mischung aus Gasen – 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff und eine kleine Menge anderer Gase wie Kohlendioxid. Aber als der Planet zum ersten Mal auftauchte, gab es keinen Sauerstoff in der Atmosphäre – sie bestand aus Gasen, die ursprünglich im Sonnensystem existierten.

Die Erde entstand, als kleine Gesteinskörper aus Staub und Gas des Sonnennebels, sogenannte Planetoiden, miteinander kollidierten und allmählich die Form eines Planeten annahmen. Als es wuchs, brachen die in den Planetoiden enthaltenen Gase aus und hüllten den Globus ein. Nach einiger Zeit setzten die ersten Pflanzen Sauerstoff frei und aus der Uratmosphäre entwickelte sich die heutige dichte Lufthülle.

Entstehung der Atmosphäre

Ein Regen kleiner Planetoiden traf vor 4,6 Milliarden Jahren die entstehende Erde. Die im Inneren des Planeten eingeschlossenen Gase des Sonnennebels entwichen bei der Kollision und bildeten die Uratmosphäre der Erde, bestehend aus Stickstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf.
Die bei der Entstehung des Planeten freigesetzte Wärme wird von einer Schicht dichter Wolken der Uratmosphäre zurückgehalten. „Treibhausgase“ – wie Kohlendioxid und Wasserdampf – verhindern, dass Wärme in den Weltraum abgegeben wird. Die Erdoberfläche wird von einem brodelnden Meer aus geschmolzenem Magma überflutet.
Als Planetoidenkollisionen seltener wurden, begann die Erde abzukühlen und Ozeane tauchten auf. Wasserdampf kondensiert aus dicken Wolken, und mehrere Äonen andauernder Regen überschwemmt nach und nach das Tiefland. So erscheinen die ersten Meere.
Die Luft wird gereinigt, wenn Wasserdampf kondensiert und Ozeane bildet. In ihnen löst sich mit der Zeit Kohlendioxid, und die Atmosphäre wird nun von Stickstoff dominiert. Aufgrund des Sauerstoffmangels bildet sich keine schützende Ozonschicht und die ultravioletten Strahlen der Sonne erreichen ungehindert die Erdoberfläche.
Das Leben erscheint in den alten Ozeanen innerhalb der ersten Milliarde Jahre. Die einfachsten Blaualgen werden durch Meerwasser vor ultravioletter Strahlung geschützt. Sie nutzen Sonnenlicht und Kohlendioxid zur Energiegewinnung, während als Nebenprodukt Sauerstoff freigesetzt wird, der sich allmählich in der Atmosphäre anreichert.
Milliarden Jahre später bildet sich eine sauerstoffreiche Atmosphäre. Photochemische Reaktionen in der oberen Atmosphäre erzeugen eine dünne Ozonschicht, die schädliches ultraviolettes Licht streut. Das Leben kann jetzt aus den Ozeanen an Land gelangen, wo viele komplexe Organismen als Ergebnis der Evolution entstehen.

Vor Milliarden von Jahren begann eine dicke Schicht primitiver Algen, Sauerstoff in die Atmosphäre abzugeben. Sie haben bis heute als Fossilien namens Stromatolithen überlebt.

Vulkanischen Ursprungs

1. Uralte, luftleere Erde. 2. Eruption von Gasen.

Nach dieser Theorie brachen aktiv Vulkane auf der Oberfläche des jungen Planeten Erde aus. Die frühe Atmosphäre entstand wahrscheinlich, als die in der Siliziumhülle des Planeten eingeschlossenen Gase durch die Düsen von Vulkanen entwichen.

Die Atmosphäre ist die Lufthülle der Erde. Ausdehnung bis zu 3000 km von der Erdoberfläche. Seine Spuren lassen sich bis in eine Höhe von 10.000 km verfolgen. A. hat eine ungleichmäßige Dichte von 50 5, seine Massen sind bis zu 5 km konzentriert, 75% - bis zu 10 km, 90% - bis zu 16 km.

Die Atmosphäre besteht aus Luft - einem mechanischen Gemisch aus mehreren Gasen.

Stickstoff(78 %) in der Atmosphäre spielt die Rolle eines Sauerstoffverdünners, der die Oxidationsgeschwindigkeit und folglich die Geschwindigkeit und Intensität biologischer Prozesse reguliert. Stickstoff ist das Hauptelement der Erdatmosphäre, das ständig mit der lebenden Materie der Biosphäre ausgetauscht wird, und die Bestandteile der letzteren sind Stickstoffverbindungen (Aminosäuren, Purine usw.). Die Entnahme von Stickstoff aus der Atmosphäre erfolgt auf anorganischem und biochemischem Wege, obwohl sie eng miteinander verbunden sind. Die anorganische Extraktion ist mit der Bildung ihrer Verbindungen N 2 O, N 2 O 5 , NO 2 , NH 3 verbunden. Sie kommen in atmosphärischen Niederschlägen vor und entstehen in der Atmosphäre unter Einwirkung elektrischer Entladungen bei Gewittern oder photochemischer Reaktionen unter Einfluss von Sonnenstrahlung.

Die biologische Stickstofffixierung wird von einigen Bakterien in Symbiose mit höheren Pflanzen in Böden durchgeführt. Stickstoff wird auch von einigen Plankton-Mikroorganismen und Algen in der Meeresumwelt fixiert. Die biologische Bindung von Stickstoff übersteigt quantitativ seine anorganische Fixierung. Der Austausch des gesamten Stickstoffs in der Atmosphäre dauert ungefähr 10 Millionen Jahre. Stickstoff kommt in Gasen vulkanischen Ursprungs und in magmatischen Gesteinen vor. Beim Erhitzen verschiedener Proben von kristallinen Gesteinen und Meteoriten wird Stickstoff in Form von N 2 - und NH 3 -Molekülen freigesetzt. Die Hauptform der Stickstoffpräsenz, sowohl auf der Erde als auch auf den terrestrischen Planeten, ist jedoch molekular. Ammoniak, das in die obere Atmosphäre gelangt, wird schnell oxidiert und setzt Stickstoff frei. In Sedimentgesteinen ist es zusammen mit organischem Material vergraben und kommt in bituminösen Ablagerungen in erhöhter Menge vor. Bei der regionalen Metamorphose dieser Gesteine wird Stickstoff in verschiedenen Formen in die Erdatmosphäre freigesetzt.

Geochemischer Stickstoffkreislauf (

Sauerstoff(21%) wird von lebenden Organismen zur Atmung verwendet, ist Bestandteil organischer Stoffe (Eiweiße, Fette, Kohlenhydrate). Ozon O 3 . lebensbedrohliche UV-Strahlung der Sonne blockieren.

Sauerstoff ist das zweithäufigste Gas in der Atmosphäre und spielt eine äußerst wichtige Rolle bei vielen Prozessen in der Biosphäre. Die vorherrschende Form seiner Existenz ist O 2 . In den oberen Schichten der Atmosphäre dissoziieren Sauerstoffmoleküle unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung, und in einer Höhe von etwa 200 km wird das Verhältnis von atomarem Sauerstoff zu molekularem (O: O 2) gleich 10. Wenn diese Formen von Sauerstoffwechselwirkung in der Atmosphäre (in einer Höhe von 20-30 km), Ozongürtel (Ozonschild). Ozon (O 3) ist für lebende Organismen notwendig, da es den Großteil der für sie schädlichen ultravioletten Sonnenstrahlung verzögert.

In den frühen Stadien der Erdentwicklung entstand freier Sauerstoff in sehr geringen Mengen durch die Photodissoziation von Kohlendioxid und Wassermolekülen in der oberen Atmosphäre. Diese geringen Mengen wurden jedoch schnell bei der Oxidation anderer Gase verbraucht. Mit dem Aufkommen autotropher photosynthetischer Organismen im Ozean hat sich die Situation erheblich geändert. Die Menge an freiem Sauerstoff in der Atmosphäre begann allmählich zuzunehmen und viele Komponenten der Biosphäre aktiv zu oxidieren. So trugen die ersten Anteile an freiem Sauerstoff hauptsächlich zum Übergang von Eisenformen in Oxide und von Sulfiden in Sulfate bei.

Am Ende erreichte die Menge an freiem Sauerstoff in der Erdatmosphäre eine bestimmte Masse und erwies sich als so ausgeglichen, dass die produzierte Menge der aufgenommenen Menge entsprach. In der Atmosphäre wurde eine relative Konstanz des Gehalts an freiem Sauerstoff festgestellt.

Geochemischer Sauerstoffkreislauf (V.A. Wronski, G. V. Voitkevich)

Kohlendioxid, geht zur Bildung lebender Materie über und erzeugt zusammen mit Wasserdampf den sogenannten "Treibhauseffekt".

Kohlenstoff (Kohlendioxid) - das meiste davon in der Atmosphäre liegt in Form von CO 2 und viel weniger in Form von CH 4 vor. Die Bedeutung der geochemischen Geschichte des Kohlenstoffs in der Biosphäre ist außerordentlich groß, da er Bestandteil aller lebenden Organismen ist. Innerhalb lebender Organismen überwiegen reduzierte Kohlenstoffformen, in der Umgebung der Biosphäre oxidierte. Damit ist der chemische Austausch des Lebenszyklus etabliert: CO 2 ↔ lebende Materie.

Die Hauptquelle von Kohlendioxid in der Biosphäre ist vulkanische Aktivität im Zusammenhang mit der säkularen Entgasung des Mantels und der unteren Horizonte der Erdkruste. Ein Teil dieses Kohlendioxids entsteht durch die thermische Zersetzung alter Kalksteine in verschiedenen Metamorphosezonen. Die Migration von CO 2 in die Biosphäre verläuft auf zwei Wegen.

Die erste Methode äußert sich in der Absorption von CO 2 im Prozess der Photosynthese unter Bildung organischer Substanzen und anschließender Einbettung unter günstigen reduzierenden Bedingungen in der Lithosphäre in Form von Torf, Kohle, Öl, Ölschiefer. Gemäß der zweiten Methode führt die Kohlenstoffmigration zur Bildung eines Carbonatsystems in der Hydrosphäre, wo CO 2 zu H 2 CO 3, HCO 3 -1, CO 3 -2 wird. Unter Beteiligung von Calcium (seltener Magnesium und Eisen) erfolgt dann die Ausfällung von Carbonaten auf biogene und abiogene Weise. Mächtige Schichten von Kalksteinen und Dolomiten treten auf. Laut A.B. Ronov, war das Verhältnis von organischem Kohlenstoff (Corg) zu karbonathaltigem Kohlenstoff (Ccarb) in der Geschichte der Biosphäre 1:4.

Neben dem globalen Kohlenstoffkreislauf gibt es eine Reihe seiner kleinen Kreisläufe. An Land nehmen grüne Pflanzen also tagsüber CO 2 für den Prozess der Photosynthese auf und geben es nachts an die Atmosphäre ab. Mit dem Tod lebender Organismen auf der Erdoberfläche wird organisches Material (unter Beteiligung von Mikroorganismen) unter Freisetzung von CO 2 in die Atmosphäre oxidiert. In den letzten Jahrzehnten hat die massive Verbrennung fossiler Brennstoffe und die Zunahme ihres Gehalts in der modernen Atmosphäre einen besonderen Platz im Kohlenstoffkreislauf eingenommen.

Kohlenstoffkreislauf in einer geografischen Hülle (nach F. Ramad, 1981)

Argon- das dritthäufigste atmosphärische Gas, was es deutlich von den äußerst selten vorkommenden anderen Edelgasen unterscheidet. Argon teilt jedoch in seiner Erdgeschichte das Schicksal dieser Gase, die sich durch zwei Merkmale auszeichnen:

die Irreversibilität ihrer Akkumulation in der Atmosphäre;
enge Verbindung mit dem radioaktiven Zerfall bestimmter instabiler Isotope.

Inerte Gase befinden sich außerhalb des Kreislaufs der meisten zyklischen Elemente in der Biosphäre der Erde.

Alle Inertgase können in primäre und radiogene Gase unterteilt werden. Die primären sind diejenigen, die von der Erde während ihrer Entstehung eingefangen wurden. Sie sind extrem selten. Der Hauptteil von Argon besteht hauptsächlich aus 36 Ar- und 38 Ar-Isotopen, während atmosphärisches Argon vollständig aus dem 40 Ar-Isotop (99,6 %) besteht, das zweifellos radiogen ist. In kaliumhaltigen Gesteinen reicherte sich radiogenes Argon durch den Zerfall von Kalium-40 durch Elektroneneinfang an: 40 K + e → 40 Ar.

Daher wird der Argongehalt in Gesteinen durch ihr Alter und die Menge an Kalium bestimmt. Insofern ist die Heliumkonzentration in Gesteinen abhängig von deren Alter und dem Gehalt an Thorium und Uran. Argon und Helium werden bei Vulkanausbrüchen, durch Risse in der Erdkruste in Form von Gasstrahlen, aber auch bei der Verwitterung von Gesteinen aus dem Erdinneren in die Atmosphäre freigesetzt. Nach Berechnungen von P. Dimon und J. Culp reichern sich Helium und Argon in der Neuzeit in der Erdkruste an und gelangen in relativ geringen Mengen in die Atmosphäre. Die Eintragsrate dieser radiogenen Gase ist so gering, dass sie während der geologischen Geschichte der Erde nicht den beobachteten Gehalt an ihnen in der modernen Atmosphäre liefern konnte. Es bleibt daher anzunehmen, dass der größte Teil des Argons in der Atmosphäre in den frühesten Entwicklungsstadien der Erde aus den Eingeweiden der Erde stammte und ein viel geringerer Teil später im Prozess des Vulkanismus und bei der Verwitterung von Kalium hinzugefügt wurde. Steine enthalten.

Helium und Argon hatten also während der Erdzeit unterschiedliche Migrationsprozesse. Es gibt sehr wenig Helium in der Atmosphäre (etwa 5 * 10 -4%), und der "Heliumatem" der Erde war leichter, da er als leichtestes Gas ins Weltall entwich. Und "Argon-Atem" - Schwer und Argon blieben in unserem Planeten. Die meisten der primären Inertgase, wie Neon und Xenon, waren mit dem primären Neon verbunden, das von der Erde während ihrer Entstehung eingefangen wurde, sowie mit der Freisetzung in die Atmosphäre während der Entgasung des Mantels. Die Gesamtheit der Daten zur Geochemie von Edelgasen weist darauf hin, dass die Primäratmosphäre der Erde in den frühesten Stadien ihrer Entwicklung entstanden ist.

Die Atmosphäre enthält Wasserdampf und Wasser in flüssigem und festem Zustand. Wasser in der Atmosphäre ist ein wichtiger Wärmespeicher.

Die unteren Schichten der Atmosphäre enthalten eine große Menge an mineralischen und technogenen Stäuben und Aerosolen, Verbrennungsprodukten, Salzen, Sporen und Pflanzenpollen usw.

Bis zu einer Höhe von 100-120 km ist die Zusammensetzung der Atmosphäre aufgrund der vollständigen Luftvermischung homogen. Das Verhältnis zwischen Stickstoff und Sauerstoff ist konstant. Oben überwiegen Edelgase, Wasserstoff etc. In den unteren Schichten der Atmosphäre befindet sich Wasserdampf. Mit zunehmender Entfernung von der Erde nimmt sein Gehalt ab. Oben ändert sich das Verhältnis der Gase, beispielsweise in einer Höhe von 200 bis 800 km, Sauerstoff überwiegt das 10- bis 100-fache gegenüber Stickstoff.

Die Dicke der Atmosphäre beträgt etwa 120 km von der Erdoberfläche. Die Gesamtmasse der Luft in der Atmosphäre beträgt (5.1-5.3) 10 18 kg. Davon beträgt die Masse der trockenen Luft 5,1352 ± 0,0003 10 18 kg, die Gesamtmasse des Wasserdampfs beträgt im Mittel 1,27 10 16 kg.

Tropopause

Die Übergangsschicht von der Troposphäre zur Stratosphäre, die Schicht der Atmosphäre, in der die Temperaturabnahme mit der Höhe aufhört.

Stratosphäre

Die Schicht der Atmosphäre befindet sich in einer Höhe von 11 bis 50 km. Charakteristisch ist eine leichte Temperaturänderung in der 11-25 km Schicht (untere Schicht der Stratosphäre) und deren Anstieg in der 25-40 km Schicht von −56,5 auf 0,8 ° (obere Stratosphäre oder Inversionsgebiet). Nachdem die Temperatur in etwa 40 km Höhe einen Wert von etwa 273 K (fast 0 °C) erreicht hat, bleibt sie bis zu einer Höhe von etwa 55 km konstant. Dieser Bereich konstanter Temperatur wird als Stratopause bezeichnet und ist die Grenze zwischen der Stratosphäre und der Mesosphäre.

Stratopause

Die Grenzschicht der Atmosphäre zwischen der Stratosphäre und der Mesosphäre. Es gibt ein Maximum in der vertikalen Temperaturverteilung (ca. 0 °C).

Mesosphäre

Erdatmosphäre

Grenze der Erdatmosphäre

Thermosphäre

Die Obergrenze liegt bei etwa 800 km. Die Temperatur steigt bis in Höhen von 200-300 km an, wo sie Werte in der Größenordnung von 1500 K erreicht, wonach sie bis in große Höhen nahezu konstant bleibt. Unter dem Einfluss von Ultraviolett- und Röntgenstrahlung sowie kosmischer Strahlung wird Luft ionisiert („Polarlicht“) – die Hauptregionen der Ionosphäre liegen innerhalb der Thermosphäre. In Höhen über 300 km überwiegt atomarer Sauerstoff. Die Obergrenze der Thermosphäre wird maßgeblich durch die aktuelle Aktivität der Sonne bestimmt. In Zeiten geringer Aktivität – zum Beispiel in den Jahren 2008-2009 – nimmt die Größe dieser Schicht merklich ab.

Thermopause

Der Bereich der Atmosphäre oberhalb der Thermosphäre. In diesem Bereich ist die Absorption der Sonnenstrahlung unbedeutend und die Temperatur ändert sich nicht wirklich mit der Höhe.

Exosphäre (streuende Kugel)

Bis zu einer Höhe von 100 km ist die Atmosphäre ein homogenes, gut durchmischtes Gasgemisch. In höheren Schichten hängt die Höhenverteilung von Gasen von ihrer Molekülmasse ab, die Konzentration schwererer Gase nimmt mit zunehmender Entfernung von der Erdoberfläche schneller ab. Durch die Abnahme der Gasdichte sinkt die Temperatur von 0 °C in der Stratosphäre auf −110 °C in der Mesosphäre. Allerdings entspricht die kinetische Energie einzelner Teilchen in 200–250 km Höhe einer Temperatur von ~150 °C. Oberhalb von 200 km werden erhebliche zeitliche und räumliche Schwankungen der Temperatur und der Gasdichte beobachtet.

In einer Höhe von etwa 2000-3500 km geht die Exosphäre allmählich in die sogenannte über in der Nähe des Weltraumvakuums, der mit stark verdünnten Partikeln interplanetaren Gases, hauptsächlich Wasserstoffatomen, gefüllt ist. Aber dieses Gas ist nur ein Teil der interplanetaren Materie. Der andere Teil besteht aus staubähnlichen Partikeln kometarischen und meteorischen Ursprungs. Neben extrem verdünnten Staubpartikeln dringt elektromagnetische und korpuskulare Strahlung solaren und galaktischen Ursprungs in diesen Raum ein.

Je nach Zusammensetzung des Gases in der Atmosphäre emittieren sie Homosphäre und Heterosphäre. Heterosphäre- Dies ist ein Bereich, in dem die Schwerkraft die Trennung von Gasen beeinflusst, da ihre Vermischung in einer solchen Höhe vernachlässigbar ist. Daraus folgt die variable Zusammensetzung der Heterosphäre. Darunter liegt ein gut durchmischter, homogener Teil der Atmosphäre, die sogenannte Homosphäre. Die Grenze zwischen diesen Schichten wird Turbopause genannt, sie liegt in einer Höhe von etwa 120 km.

Physiologische und andere Eigenschaften der Atmosphäre

Bereits in einer Höhe von 5 km über dem Meeresspiegel entwickelt eine untrainierte Person einen Sauerstoffmangel und ohne Anpassung wird die Leistungsfähigkeit einer Person erheblich reduziert. Hier endet die physiologische Zone der Atmosphäre. In einer Höhe von 9 km wird das menschliche Atmen unmöglich, obwohl die Atmosphäre bis etwa 115 km Sauerstoff enthält.

In verdünnten Luftschichten ist die Schallausbreitung unmöglich. Bis zu Höhen von 60-90 km ist es noch möglich, Luftwiderstand und Auftrieb für einen kontrollierten aerodynamischen Flug zu nutzen. Aber ab Höhen von 100-130 km verlieren die jedem Piloten geläufigen Begriffe der Zahl M und der Schallmauer ihre Bedeutung: Dort passiert die bedingte Karman-Linie, jenseits derer der Bereich des rein ballistischen Fluges beginnt, der kann nur durch Reaktionskräfte gesteuert werden.

In Höhen über 100 km wird der Atmosphäre auch eine weitere bemerkenswerte Eigenschaft entzogen – die Fähigkeit, Wärmeenergie durch Konvektion (d. h. durch Luftvermischung) aufzunehmen, zu leiten und zu übertragen. Dies bedeutet, dass verschiedene Ausrüstungselemente der orbitalen Raumstation nicht wie in einem Flugzeug üblich - mit Hilfe von Luftdüsen und Luftradiatoren - von außen gekühlt werden können. In einer solchen Höhe, wie im Weltraum im Allgemeinen, ist die einzige Möglichkeit, Wärme zu übertragen, Wärmestrahlung.

Entstehungsgeschichte der Atmosphäre

Nach der gängigsten Theorie hatte die Erdatmosphäre im Laufe der Zeit drei verschiedene Zusammensetzungen. Ursprünglich bestand es aus leichten Gasen (Wasserstoff und Helium), die aus dem interplanetaren Raum eingefangen wurden. Diese sog primäre Atmosphäre(vor etwa vier Milliarden Jahren). Im nächsten Stadium führte aktive vulkanische Aktivität zur Sättigung der Atmosphäre mit anderen Gasen als Wasserstoff (Kohlendioxid, Ammoniak, Wasserdampf). Das ist wie sekundäre Atmosphäre(etwa drei Milliarden Jahre vor unserer Zeit). Diese Atmosphäre war erholsam. Darüber hinaus wurde der Entstehungsprozess der Atmosphäre durch folgende Faktoren bestimmt:

Austritt leichter Gase (Wasserstoff und Helium) in den interplanetaren Raum;
chemische Reaktionen, die in der Atmosphäre unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung, Blitzentladungen und einigen anderen Faktoren auftreten.

Stickstoff

Die Bildung einer großen Menge Stickstoff N 2 ist auf die Oxidation der Ammoniak-Wasserstoff-Atmosphäre durch molekularen Sauerstoff O 2 zurückzuführen, der vor 3 Milliarden Jahren als Ergebnis der Photosynthese von der Oberfläche des Planeten zu kommen begann. Stickstoff N 2 wird auch durch die Denitrifikation von Nitraten und anderen stickstoffhaltigen Verbindungen in die Atmosphäre freigesetzt. Stickstoff wird in der oberen Atmosphäre durch Ozon zu NO oxidiert.

Stickstoff N 2 geht nur unter bestimmten Bedingungen (z. B. während einer Blitzentladung) Reaktionen ein. Die Oxidation von molekularem Stickstoff durch Ozon während elektrischer Entladungen wird in kleinen Mengen bei der industriellen Herstellung von Stickstoffdüngemitteln verwendet. Es kann mit geringem Energieaufwand oxidiert und durch Cyanobakterien (Blaualgen) und Knöllchenbakterien, die mit Leguminosen eine rhizobiale Symbiose bilden, den sog. Gründüngung.

Sauerstoff

Mit dem Aufkommen lebender Organismen auf der Erde begann sich die Zusammensetzung der Atmosphäre durch Photosynthese, begleitet von der Freisetzung von Sauerstoff und der Aufnahme von Kohlendioxid, radikal zu verändern. Anfänglich wurde Sauerstoff für die Oxidation reduzierter Verbindungen verbraucht - Ammoniak, Kohlenwasserstoffe, die in den Ozeanen enthaltene Eisenform usw. Am Ende dieser Phase begann der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre zu steigen. Allmählich bildete sich eine moderne Atmosphäre mit oxidierenden Eigenschaften. Da dies viele Prozesse in Atmosphäre, Lithosphäre und Biosphäre stark und abrupt veränderte, wurde dieses Ereignis als Sauerstoffkatastrophe bezeichnet.

Edelgase

Luftverschmutzung

In letzter Zeit hat der Mensch begonnen, die Entwicklung der Atmosphäre zu beeinflussen. Das Ergebnis seiner Aktivitäten war eine ständige signifikante Erhöhung des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre durch die Verbrennung von Kohlenwasserstoffbrennstoffen, die sich in früheren Erdepochen angesammelt haben. Riesige Mengen an CO 2 werden bei der Photosynthese verbraucht und von den Weltmeeren aufgenommen. Dieses Gas gelangt durch die Zersetzung von Karbonatgestein und organischen Substanzen pflanzlichen und tierischen Ursprungs sowie durch Vulkanismus und menschliche Produktionsaktivitäten in die Atmosphäre. In den letzten 100 Jahren hat der CO 2 -Gehalt in der Atmosphäre um 10 % zugenommen, wobei der größte Teil (360 Milliarden Tonnen) aus der Brennstoffverbrennung stammt. Wenn die Wachstumsrate der Kraftstoffverbrennung anhält, wird sich in den nächsten 200-300 Jahren die CO 2 -Menge in der Atmosphäre verdoppeln und möglicherweise zu einem globalen Klimawandel führen.

Die Kraftstoffverbrennung ist die Hauptquelle umweltschädlicher Gase (СО,, SO 2). Schwefeldioxid wird in der oberen Atmosphäre durch Luftsauerstoff zu SO 3 oxidiert, das wiederum mit Wasserdampf und Ammoniak wechselwirkt und die entstehende Schwefelsäure (H 2 SO 4 ) und Ammoniumsulfat ((NH 4 ) 2 SO 4 ) zurückgibt die Erdoberfläche in Form eines sog. saurer Regen. Der Einsatz von Verbrennungsmotoren führt zu einer erheblichen Luftverschmutzung mit Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen und Bleiverbindungen (Tetraethylblei Pb (CH 3 CH 2 ) 4)).

siehe auch

Jacchia (Atmosphärenmodell)

Anmerkungen

Verknüpfungen

Literatur

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Überwachung der Hintergrundverschmutzung natürlicher Umgebungen. in. 1, L., 1982.

Erde
Geschichte der Erde	Alter der Erde Geologische Geschichte der Erde Geologische Zeitskala Geschichte des Lebens auf der Erde Vereisung der Erde Paradoxon der schwachen jungen Sonne Rieseneinschlagstheorie Zeitachse der Evolution
Erdkunde und Geologie	Australien Asien Antarktis Afrika Europa Nordamerika Südamerika Atlantik Indischer Ozean Arktischer Ozean

Die Atmosphäre ist ein Gemisch aus verschiedenen Gasen. Es erstreckt sich von der Erdoberfläche bis in eine Höhe von bis zu 900 km, schützt den Planeten vor dem schädlichen Spektrum der Sonnenstrahlung und enthält Gase, die für alles Leben auf dem Planeten notwendig sind. Die Atmosphäre fängt die Wärme der Sonne ein, erwärmt sich nahe der Erdoberfläche und schafft ein günstiges Klima.

Zusammensetzung der Atmosphäre

Die Erdatmosphäre besteht hauptsächlich aus zwei Gasen - Stickstoff (78%) und Sauerstoff (21%). Außerdem enthält es Verunreinigungen von Kohlendioxid und anderen Gasen. in der Atmosphäre existiert in Form von Dampf, Feuchtigkeitstropfen in Wolken und Eiskristallen.

Schichten der Atmosphäre

Die Atmosphäre besteht aus vielen Schichten, zwischen denen es keine klaren Grenzen gibt. Die Temperaturen verschiedener Schichten unterscheiden sich deutlich voneinander.

luftlose Magnetosphäre. Die meisten Erdsatelliten fliegen hier außerhalb der Erdatmosphäre. Exosphäre (450-500 km von der Oberfläche entfernt). Enthält fast keine Gase. Einige Wettersatelliten fliegen in der Exosphäre. Die Thermosphäre (80-450 km) ist durch hohe Temperaturen gekennzeichnet, die in der oberen Schicht 1700°C erreichen. Mesosphäre (50-80 km). In dieser Sphäre sinkt die Temperatur mit zunehmender Höhe. Hier brennen die meisten Meteoriten (Fragmente von Weltraumgesteinen), die in die Atmosphäre gelangen, ab. Stratosphäre (15-50 km). Enthält eine Ozonschicht, d. h. eine Ozonschicht, die ultraviolette Strahlung der Sonne absorbiert. Dies führt zu einem Temperaturanstieg nahe der Erdoberfläche. Düsenflugzeuge fliegen normalerweise hier, da Die Sichtbarkeit in dieser Schicht ist sehr gut und es gibt fast keine Beeinträchtigungen durch Wetterbedingungen. Troposphäre. Die Höhe variiert zwischen 8 und 15 km von der Erdoberfläche. Hier bildet sich das Wetter des Planeten, seit in diese Schicht enthält den meisten Wasserdampf, Staub und Wind. Die Temperatur nimmt mit der Entfernung von der Erdoberfläche ab.

Atmosphärendruck

Obwohl wir es nicht spüren, üben die Schichten der Atmosphäre Druck auf die Erdoberfläche aus. Die höchste ist in der Nähe der Oberfläche, und wenn Sie sich von ihr entfernen, nimmt sie allmählich ab. Er hängt vom Temperaturunterschied zwischen Land und Meer ab, daher herrscht in Gebieten auf gleicher Höhe über dem Meeresspiegel oft ein anderer Druck. Niederdruck bringt nasses Wetter, während Hochdruck normalerweise für klares Wetter sorgt.

Die Bewegung von Luftmassen in der Atmosphäre

Und die Drücke bewirken, dass sich die untere Atmosphäre vermischt. Dadurch entstehen Winde, die von Hochdruckgebieten zu Tiefdruckgebieten wehen. In vielen Regionen treten auch lokale Winde auf, die durch unterschiedliche Land- und Meerestemperaturen verursacht werden. Berge haben auch einen erheblichen Einfluss auf die Richtung der Winde.

Treibhauseffekt

Kohlendioxid und andere Gase in der Erdatmosphäre fangen die Sonnenwärme ein. Dieser Vorgang wird allgemein als Treibhauseffekt bezeichnet, da er in vielerlei Hinsicht der Wärmezirkulation in Gewächshäusern ähnelt. Der Treibhauseffekt verursacht eine globale Erwärmung auf dem Planeten. In Gebieten mit hohem Druck - Antizyklonen - wird ein klares Sonnensystem hergestellt. In Gebieten mit niedrigem Druck – Zyklonen – ist das Wetter normalerweise unbeständig. Wärme und Licht dringen in die Atmosphäre ein. Die Gase fangen die von der Erdoberfläche reflektierte Wärme ein, wodurch die Temperatur auf der Erde ansteigt.

In der Stratosphäre gibt es eine spezielle Ozonschicht. Ozon blockiert den größten Teil der ultravioletten Strahlung der Sonne und schützt die Erde und alles Leben darauf vor ihr. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Ursache für die Zerstörung der Ozonschicht spezielle Fluorchlorkohlenwasserstoffgase sind, die in einigen Aerosolen und Kühlgeräten enthalten sind. Über der Arktis und Antarktis wurden riesige Löcher in der Ozonschicht gefunden, die zu einer Zunahme der ultravioletten Strahlung beitragen, die die Erdoberfläche beeinflusst.

Ozon entsteht in der unteren Atmosphäre durch Sonneneinstrahlung und verschiedene Abgase und Gase. Normalerweise breitet es sich in der Atmosphäre aus, aber wenn sich eine geschlossene Schicht kalter Luft unter einer Schicht warmer Luft bildet, konzentriert sich Ozon und es entsteht Smog. Leider kann dies den Ozonverlust in den Ozonlöchern nicht ausgleichen.

Das Satellitenbild zeigt deutlich ein Loch in der Ozonschicht über der Antarktis. Die Größe des Lochs variiert, aber Wissenschaftler glauben, dass es ständig zunimmt. Es werden Versuche unternommen, die Menge an Abgasen in der Atmosphäre zu verringern. Reduzieren Sie die Luftverschmutzung und verwenden Sie rauchfreie Kraftstoffe in Städten. Smog verursacht bei vielen Menschen Augenreizungen und Erstickungsanfälle.

Die Entstehung und Entwicklung der Erdatmosphäre

Die moderne Atmosphäre der Erde ist das Ergebnis einer langen evolutionären Entwicklung. Es entstand als Ergebnis der gemeinsamen Wirkung geologischer Faktoren und der vitalen Aktivität von Organismen. Im Laufe der geologischen Geschichte hat die Erdatmosphäre mehrere tiefgreifende Umlagerungen durchlaufen. Auf der Grundlage geologischer Daten und theoretischer (Voraussetzungen) könnte die Uratmosphäre der jungen Erde, die vor etwa 4 Milliarden Jahren existierte, aus einer Mischung von Inert- und Edelgasen mit einem geringen Zusatz von passivem Stickstoff bestehen (N. A. Yasamanov, 1985 ; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993. Gegenwärtig hat sich die Ansicht über die Zusammensetzung und Struktur der frühen Atmosphäre etwas geändert. Die primäre Atmosphäre (Protoatmosphäre) im frühesten protoplanetaren Stadium., d.h. ältere 4.2 Milliarden Jahren aus einem Gemisch aus Methan, Ammoniak und Kohlendioxid bestehen könnte. Durch die Entgasung des Erdmantels und aktive Verwitterungsprozesse an der Erdoberfläche entstehen Wasserdampf, Kohlenstoffverbindungen in Form von CO 2 und CO, Schwefel und seine Verbindungen begannen in die Atmosphäre einzudringen, ebenso wie starke Halogensäuren - HCI, HF, HI und Borsäure, die durch Methan, Ammoniak, Wasserstoff, Argon und einige andere Edelgase in der Atmosphäre ergänzt wurden. Diese primäre Atmosphäre war durch extrem dünn. Daher war die Temperatur in der Nähe der Erdoberfläche nahe der Temperatur des Strahlungsgleichgewichts (AS Monin, 1977).

Im Laufe der Zeit begann sich die Gaszusammensetzung der Primäratmosphäre unter dem Einfluss der Verwitterung von Gesteinen, die auf die Erdoberfläche ragten, der lebenswichtigen Aktivität von Cyanobakterien und Blaualgen, vulkanischer Prozesse und der Einwirkung von Sonnenlicht zu verändern. Dies führte zur Zersetzung von Methan in und Kohlendioxid, Ammoniak - in Stickstoff und Wasserstoff; Kohlendioxid begann sich in der Sekundäratmosphäre anzusammeln, die langsam an die Erdoberfläche abstieg, und Stickstoff. Dank der lebenswichtigen Aktivität von Blaualgen begann im Prozess der Photosynthese Sauerstoff zu produzieren, der jedoch anfangs hauptsächlich für die „Oxidation von atmosphärischen Gasen und dann von Gesteinen“ verwendet wurde. Gleichzeitig begann sich zu molekularem Stickstoff oxidiertes Ammoniak intensiv in der Atmosphäre anzureichern. Es wird angenommen, dass ein erheblicher Teil des Stickstoffs in der modernen Atmosphäre Relikt ist. Methan und Kohlenmonoxid wurden zu Kohlendioxid oxidiert. Schwefel und Schwefelwasserstoff wurden zu SO 2 und SO 3 oxidiert, die aufgrund ihrer hohen Mobilität und Leichtigkeit schnell aus der Atmosphäre entfernt wurden. So verwandelte sich die Atmosphäre von einer reduzierenden, wie sie im Archaikum und frühen Proterozoikum war, allmählich in eine oxidierende.

Kohlendioxid gelangte sowohl durch Methanoxidation als auch durch Entgasung des Erdmantels und Verwitterung von Gesteinen in die Atmosphäre. Für den Fall, dass das gesamte Kohlendioxid, das während der gesamten Erdgeschichte freigesetzt wurde, in der Atmosphäre verbleibt, könnte sein Partialdruck jetzt derselbe wie auf der Venus werden (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Aber auf der Erde war der Prozess umgekehrt. Ein erheblicher Teil des Kohlendioxids aus der Atmosphäre wurde in der Hydrosphäre gelöst, dort von Wasserorganismen zum Aufbau ihrer Schalen genutzt und biogen in Karbonate umgewandelt. Anschließend wurden aus ihnen die mächtigsten Schichten von chemogenen und organogenen Karbonaten gebildet.

Sauerstoff wurde der Atmosphäre aus drei Quellen zugeführt. Lange Zeit, beginnend mit der Entstehung der Erde, wurde er bei der Entgasung des Erdmantels freigesetzt und hauptsächlich für oxidative Prozesse verbraucht.Eine weitere Sauerstoffquelle war die Photodissoziation von Wasserdampf durch harte ultraviolette Sonnenstrahlung. Erscheinungen; freier Sauerstoff in der Atmosphäre führte zum Tod der meisten Prokaryoten, die unter reduzierenden Bedingungen lebten. Prokaryotische Organismen haben ihre Lebensräume verändert. Sie verließen die Erdoberfläche bis in ihre Tiefen und Regionen, in denen noch reduzierende Bedingungen bestanden. Sie wurden durch Eukaryoten ersetzt, die begannen, Kohlendioxid energisch zu Sauerstoff zu verarbeiten.

Während des Archaikums und eines erheblichen Teils des Proterozoikums wurde fast der gesamte sowohl abiotisch als auch biogen entstandene Sauerstoff hauptsächlich für die Oxidation von Eisen und Schwefel verbraucht. Bis zum Ende des Proterozoikums oxidierte das gesamte metallische zweiwertige Eisen, das sich auf der Erdoberfläche befand, entweder oder wanderte in den Erdkern. Dies führte dazu, dass sich der Sauerstoffpartialdruck in der Atmosphäre des frühen Proterozoikums veränderte.

In der Mitte des Proterozoikums erreichte die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre den Urey-Punkt und betrug 0,01 % des heutigen Niveaus. Ab diesem Zeitpunkt begann sich Sauerstoff in der Atmosphäre anzusammeln, und wahrscheinlich erreichte sein Gehalt bereits am Ende des Riphean den Pasteur-Punkt (0,1% des aktuellen Niveaus). Es ist möglich, dass die Ozonschicht in der Vendian-Periode entstand und zu dieser Zeit nie verschwand.

Das Auftreten von freiem Sauerstoff in der Erdatmosphäre stimulierte die Evolution des Lebens und führte zur Entstehung neuer Formen mit einem perfekteren Stoffwechsel. Wenn frühere eukaryotische einzellige Algen und Cyanide, die zu Beginn des Proterozoikums auftauchten, einen Sauerstoffgehalt im Wasser von nur 10 -3 seiner heutigen Konzentration benötigten, dann mit dem Aufkommen von nicht skelettierten Metazoen am Ende des frühen Vendian, d.h. vor etwa 650 Millionen Jahren hätte die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre viel höher sein müssen. Schließlich verwendeten Metazoa Sauerstoffatmung und dies erforderte, dass der Sauerstoffpartialdruck ein kritisches Niveau erreichte – den Pasteur-Punkt. In diesem Fall wurde der anaerobe Fermentationsprozess durch einen energetisch erfolgversprechenderen und fortschrittlicheren Sauerstoffstoffwechsel ersetzt.

Danach erfolgte ziemlich schnell die weitere Anreicherung von Sauerstoff in der Erdatmosphäre. Die fortschreitende Volumenzunahme von Blaualgen trug dazu bei, dass in der Atmosphäre der für die Lebenserhaltung der Tierwelt notwendige Sauerstoffgehalt erreicht wurde. Eine gewisse Stabilisierung des Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre ist seit dem Landantritt der Pflanzen vor etwa 450 Millionen Jahren eingetreten. Das Aufkommen von Pflanzen an Land, das in der Silurzeit stattfand, führte zur endgültigen Stabilisierung des Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre. Seit dieser Zeit begann seine Konzentration innerhalb ziemlich enger Grenzen zu schwanken und ging nie über die Existenz von Leben hinaus. Die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre hat sich seit dem Erscheinen blühender Pflanzen vollständig stabilisiert. Dieses Ereignis fand in der Mitte der Kreidezeit statt, d.h. vor etwa 100 Millionen Jahren.

Der größte Teil des Stickstoffs entstand in den frühen Stadien der Erdentwicklung, hauptsächlich durch die Zersetzung von Ammoniak. Mit dem Aufkommen von Organismen begann der Prozess, atmosphärischen Stickstoff in organisches Material zu binden und in marinen Sedimenten zu vergraben. Nach der Freisetzung von Organismen an Land begann Stickstoff in kontinentalen Sedimenten zu vergraben. Die Prozesse zur Verarbeitung von freiem Stickstoff wurden mit dem Aufkommen der Landpflanzen besonders intensiviert.

На рубеже криптозоя и фанерозоя, т. е. около 650 млн. лет тому назад, содержание углекислого газа в атмосфере снизилось до десятых долей процентов, а содержания, близкого к современному уровню, он достиг лишь совсем недавно, примерно 10-20 млн. лет vor.

So bot die Gaszusammensetzung der Atmosphäre nicht nur Lebensraum für Organismen, sondern bestimmte auch die Eigenschaften ihrer Lebenstätigkeit, förderte Ansiedlung und Evolution. Die daraus resultierenden Ausfälle in der Verteilung der für Organismen günstigen Gaszusammensetzung der Atmosphäre, sowohl kosmischer als auch planetarer Natur, führten zu Massenaussterben der organischen Welt, die während des Kryptozoikums und an bestimmten Meilensteinen der Phanerozoikumsgeschichte immer wieder auftraten.

Ethnosphärische Funktionen der Atmosphäre

Die Erdatmosphäre liefert die notwendige Substanz, Energie und bestimmt die Richtung und Geschwindigkeit von Stoffwechselprozessen. Die Gaszusammensetzung der modernen Atmosphäre ist optimal für die Existenz und Entwicklung von Leben. Als Bereich der Wetter- und Klimabildung muss die Atmosphäre angenehme Bedingungen für das Leben von Menschen, Tieren und Pflanzen schaffen. Abweichungen in die eine oder andere Richtung in der Qualität der atmosphärischen Luft und der Wetterbedingungen schaffen extreme Bedingungen für das Leben der Tier- und Pflanzenwelt, einschließlich des Menschen.

Die Atmosphäre der Erde bietet nicht nur die Existenzbedingungen der Menschheit, sie ist der Hauptfaktor in der Evolution der Ethnosphäre. Gleichzeitig entpuppt es sich als Energie- und Rohstoffressource für die Produktion. Im Allgemeinen ist die Atmosphäre ein Faktor, der die menschliche Gesundheit bewahrt, und einige Gebiete dienen aufgrund der physikalischen und geografischen Bedingungen und der atmosphärischen Luftqualität als Erholungsgebiete und sind Gebiete, die für die Sanatoriumsbehandlung und Erholung für Menschen bestimmt sind. Die Atmosphäre ist somit ein Faktor der ästhetischen und emotionalen Wirkung.

Die erst kürzlich festgestellten ethnosphärischen und technosphärischen Funktionen der Atmosphäre (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001) bedürfen einer unabhängigen und gründlichen Untersuchung. Daher ist die Untersuchung atmosphärischer Energiefunktionen sowohl im Hinblick auf das Auftreten und den Ablauf von Prozessen, die die Umwelt schädigen, als auch im Hinblick auf die Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und das Wohlbefinden sehr relevant. In diesem Fall sprechen wir über die Energie von Zyklonen und Hochdruckgebieten, atmosphärischen Wirbeln, atmosphärischem Druck und anderen extremen atmosphärischen Phänomenen, deren effektive Nutzung zur erfolgreichen Lösung des Problems beitragen wird, alternative Energiequellen zu erhalten, die die nicht verschmutzen Umgebung. Schließlich ist die Luftumgebung, insbesondere der Teil davon, der sich über dem Weltmeer befindet, ein Bereich für die Freisetzung einer kolossalen Menge freier Energie.

Beispielsweise wurde festgestellt, dass tropische Wirbelstürme mittlerer Stärke eine Energie freisetzen, die der Energie von 500.000 Atombomben entspricht, die an nur einem Tag auf Hiroshima und Nagasaki abgeworfen wurden. Für 10 Tage nach der Existenz eines solchen Zyklons wird genug Energie freigesetzt, um den gesamten Energiebedarf eines Landes wie der Vereinigten Staaten für 600 Jahre zu decken.

In den letzten Jahren sind zahlreiche Arbeiten von Naturwissenschaftlern erschienen, die sich zum Teil mit verschiedenen Aspekten des Wirkens und des Einflusses der Atmosphäre auf Erdprozesse befassen, was auf eine Intensivierung interdisziplinärer Wechselwirkungen in der modernen Naturwissenschaft hinweist. Gleichzeitig manifestiert sich die integrierende Rolle einiger ihrer Richtungen, unter denen die funktional-ökologische Richtung in der Geoökologie hervorzuheben ist.

Diese Richtung regt die Analyse und theoretische Verallgemeinerung der ökologischen Funktionen und der planetarischen Rolle verschiedener Geosphären an, und dies wiederum ist eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung methodischer und wissenschaftlicher Grundlagen für eine ganzheitliche Untersuchung unseres Planeten, die rationelle Nutzung und Schutz seiner natürlichen Ressourcen.

Die Erdatmosphäre besteht aus mehreren Schichten: Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre, Ionosphäre und Exosphäre. Im oberen Teil der Troposphäre und im unteren Teil der Stratosphäre befindet sich eine mit Ozon angereicherte Schicht, die sogenannte Ozonschicht. Bestimmte (tägliche, saisonale, jährliche usw.) Regelmäßigkeiten in der Ozonverteilung wurden festgestellt. Seit ihrer Entstehung beeinflusst die Atmosphäre den Ablauf planetarer Prozesse. Die primäre Zusammensetzung der Atmosphäre war völlig anders als heute, aber im Laufe der Zeit nahm der Anteil und die Rolle des molekularen Stickstoffs stetig zu, vor etwa 650 Millionen Jahren trat freier Sauerstoff auf, dessen Menge kontinuierlich zunahm, die Kohlendioxidkonzentration aber entsprechend abnahm . Die hohe Mobilität der Atmosphäre, ihre Gaszusammensetzung und das Vorhandensein von Aerosolen bestimmen ihre herausragende Rolle und aktive Teilnahme an verschiedenen geologischen und biosphärischen Prozessen. Die Rolle der Atmosphäre bei der Umverteilung der Sonnenenergie und der Entwicklung katastrophaler Naturphänomene und Katastrophen ist groß. Atmosphärische Wirbelstürme - Tornados (Tornados), Hurrikane, Taifune, Wirbelstürme und andere Phänomene wirken sich negativ auf die organische Welt und die natürlichen Systeme aus. Die Hauptquellen der Verschmutzung sind neben natürlichen Faktoren verschiedene Formen der menschlichen Wirtschaftstätigkeit. Anthropogene Einflüsse auf die Atmosphäre äußern sich nicht nur im Auftreten verschiedener Aerosole und Treibhausgase, sondern auch in einer Zunahme der Wasserdampfmenge und äußern sich in Form von Smog und saurem Regen. Treibhausgase verändern das Temperaturregime der Erdoberfläche, Emissionen bestimmter Gase verringern das Volumen des Ozonschirms und tragen zur Bildung von Ozonlöchern bei. Die ethnosphärische Rolle der Erdatmosphäre ist groß.

Die Rolle der Atmosphäre in natürlichen Prozessen

Die Oberflächenatmosphäre in ihrem Zwischenzustand zwischen der Lithosphäre und dem Weltraum und ihrer Gaszusammensetzung schafft Bedingungen für das Leben von Organismen. Gleichzeitig hängen die Verwitterung und Intensität der Gesteinszerstörung, der Transport und die Anhäufung von Gesteinsmaterial von der Menge, Art und Häufigkeit der Niederschläge, von der Häufigkeit und Stärke der Winde und insbesondere von der Lufttemperatur ab. Die Atmosphäre ist die zentrale Komponente des Klimasystems. Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit, Bewölkung und Niederschlag, Wind – all dies charakterisiert das Wetter, also den sich ständig ändernden Zustand der Atmosphäre. Gleichzeitig charakterisieren dieselben Komponenten auch das Klima, also das durchschnittliche langjährige Wetterregime.

Die Zusammensetzung von Gasen, das Vorhandensein von Wolken und verschiedenen Verunreinigungen, die als Aerosolpartikel (Asche, Staub, Wasserdampfpartikel) bezeichnet werden, bestimmen die Eigenschaften des Durchgangs der Sonnenstrahlung durch die Atmosphäre und verhindern das Entweichen der Wärmestrahlung der Erde in den Weltraum.

Die Erdatmosphäre ist sehr mobil. Die darin ablaufenden Prozesse und Änderungen seiner Gaszusammensetzung, Dicke, Trübung, Transparenz und das Vorhandensein verschiedener Aerosolpartikel in ihm beeinflussen sowohl das Wetter als auch das Klima.

Die Wirkung und Richtung natürlicher Prozesse sowie das Leben und die Aktivität auf der Erde werden durch die Sonnenstrahlung bestimmt. Es gibt 99,98 % der Wärme ab, die an die Erdoberfläche gelangt. Jährlich macht es 134*1019 kcal. Diese Wärmemenge kann durch die Verbrennung von 200 Milliarden Tonnen Kohle gewonnen werden. Die Wasserstoffreserven, die diesen Strom thermonuklearer Energie in der Masse der Sonne erzeugen, reichen noch mindestens für weitere 10 Milliarden Jahre, also für einen Zeitraum, der doppelt so lange besteht, wie unser Planet selbst existiert.

Etwa 1/3 der gesamten Sonnenenergie, die in die obere Grenze der Atmosphäre eindringt, wird zurück in den Weltall reflektiert, 13% werden von der Ozonschicht absorbiert (einschließlich fast aller ultravioletten Strahlung). 7% - der Rest der Atmosphäre und nur 44% erreichen die Erdoberfläche. Die gesamte Sonnenstrahlung, die die Erde an einem Tag erreicht, entspricht der Energie, die die Menschheit durch die Verbrennung aller Arten von Brennstoffen im vergangenen Jahrtausend erhalten hat.

Die Menge und Art der Verteilung der Sonnenstrahlung auf der Erdoberfläche hängt stark von der Bewölkung und Transparenz der Atmosphäre ab. Die Menge der Streustrahlung wird durch die Höhe der Sonne über dem Horizont, die Transparenz der Atmosphäre, den Gehalt an Wasserdampf, Staub, die Gesamtmenge an Kohlendioxid usw. beeinflusst.

Die maximale Menge an Streustrahlung fällt in die Polarregionen. Je niedriger die Sonne über dem Horizont steht, desto weniger Wärme dringt in einen bestimmten Bereich ein.

Atmosphärische Transparenz und Trübung sind von großer Bedeutung. An einem bewölkten Sommertag ist es meist kälter als an einem klaren, da Tageswolken eine Erwärmung der Erdoberfläche verhindern.

Der Staubgehalt der Atmosphäre spielt eine wichtige Rolle bei der Wärmeverteilung. Die darin enthaltenen fein verteilten festen Staub- und Aschepartikel, die seine Transparenz beeinträchtigen, beeinträchtigen die Verteilung der Sonnenstrahlung, die größtenteils reflektiert wird. Feine Partikel gelangen auf zwei Arten in die Atmosphäre: Sie sind entweder Asche, die bei Vulkanausbrüchen ausgestoßen wird, oder Wüstenstaub, der von Winden aus trockenen tropischen und subtropischen Regionen getragen wird. Besonders viel solcher Staub entsteht während Dürren, wenn er durch warme Luftströme in die oberen Schichten der Atmosphäre getragen wird und dort lange verweilen kann. Nach dem Ausbruch des Krakatau-Vulkans im Jahr 1883 blieb Staub, der mehrere zehn Kilometer in die Atmosphäre geschleudert wurde, etwa 3 Jahre lang in der Stratosphäre. Als Folge des Ausbruchs des Vulkans El Chichon (Mexiko) im Jahr 1985 gelangte Staub nach Europa, wodurch die Oberflächentemperaturen leicht abnahmen.

Die Erdatmosphäre enthält eine variable Menge an Wasserdampf. Absolut ausgedrückt, nach Gewicht oder Volumen, liegt seine Menge zwischen 2 und 5 %.

Wasserdampf verstärkt wie Kohlendioxid den Treibhauseffekt. In den Wolken und Nebeln, die in der Atmosphäre entstehen, laufen eigentümliche physikalisch-chemische Prozesse ab.

Die Hauptquelle für Wasserdampf in der Atmosphäre ist die Oberfläche der Ozeane. Aus ihm verdunstet jährlich eine 95 bis 110 cm dicke Wasserschicht, ein Teil der Feuchtigkeit gelangt nach der Kondensation wieder ins Meer, der andere wird durch Luftströmungen zu den Kontinenten geleitet. In Regionen mit wechselfeuchtem Klima befeuchten Niederschläge den Boden, in feuchten Regionen bilden sie Grundwasservorräte. Somit ist die Atmosphäre ein Feuchtigkeitsspeicher und ein Niederschlagsreservoir. und Nebel, die sich in der Atmosphäre bilden, spenden der Bodenbedeckung Feuchtigkeit und spielen somit eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung der Tier- und Pflanzenwelt.

Aufgrund der Mobilität der Atmosphäre verteilt sich die Luftfeuchtigkeit über die Erdoberfläche. Es hat ein sehr komplexes System von Winden und Druckverteilung. Da die Atmosphäre ständig in Bewegung ist, ändern sich Art und Ausmaß der Verteilung von Windströmungen und -druck ständig. Die Zirkulationsskalen reichen von mikrometeorologischen mit einer Größe von nur wenigen hundert Metern bis zu globalen mit einer Größe von mehreren zehntausend Kilometern. Riesige atmosphärische Wirbel sind an der Entstehung von Systemen großräumiger Luftströmungen beteiligt und bestimmen die allgemeine Zirkulation der Atmosphäre. Darüber hinaus sind sie Quellen katastrophaler atmosphärischer Phänomene.

Die Verteilung der Wetter- und Klimabedingungen und das Funktionieren der lebenden Materie hängen vom atmosphärischen Druck ab. Schwankt der atmosphärische Druck in kleinen Grenzen, spielt er keine entscheidende Rolle für das Wohlbefinden von Menschen und das Verhalten von Tieren und beeinträchtigt nicht die physiologischen Funktionen von Pflanzen. Frontalerscheinungen und Wetteränderungen sind in der Regel mit Druckänderungen verbunden.

Der Luftdruck ist von grundlegender Bedeutung für die Entstehung des Windes, der als reliefbildender Faktor Flora und Fauna am stärksten beeinflusst.

Der Wind ist in der Lage, das Wachstum von Pflanzen zu unterdrücken und fördert gleichzeitig die Übertragung von Samen. Die Rolle des Windes bei der Bildung von Wetter- und Klimabedingungen ist groß. Er fungiert auch als Regulator der Meeresströmungen. Wind als einer der exogenen Faktoren trägt über große Entfernungen zur Erosion und Deflation von verwittertem Material bei.

Ökologische und geologische Rolle atmosphärischer Prozesse

Die Abnahme der Transparenz der Atmosphäre aufgrund des Auftretens von Aerosolpartikeln und festem Staub beeinflusst die Verteilung der Sonnenstrahlung und erhöht die Albedo oder das Reflexionsvermögen. Verschiedene chemische Reaktionen führen zum gleichen Ergebnis, was zur Zersetzung von Ozon und zur Erzeugung von "Perlen" -Wolken führt, die aus Wasserdampf bestehen. Globale Änderungen der Reflektivität sowie Änderungen der Gaszusammensetzung der Atmosphäre, hauptsächlich Treibhausgase, sind die Ursache des Klimawandels.

Eine ungleichmäßige Erwärmung, die Unterschiede im atmosphärischen Druck über verschiedene Teile der Erdoberfläche verursacht, führt zu einer atmosphärischen Zirkulation, die das Markenzeichen der Troposphäre ist. Wenn es einen Druckunterschied gibt, strömt Luft von Gebieten mit hohem Druck zu Gebieten mit niedrigem Druck. Diese Bewegungen von Luftmassen bestimmen zusammen mit Feuchtigkeit und Temperatur die wichtigsten ökologischen und geologischen Merkmale atmosphärischer Prozesse.

Je nach Geschwindigkeit erzeugt der Wind verschiedene geologische Arbeiten an der Erdoberfläche. Mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s schüttelt er dicke Äste von Bäumen, nimmt Staub und feinen Sand auf und trägt ihn mit sich; bricht Äste mit einer Geschwindigkeit von 20 m/s, trägt Sand und Kies; mit einer Geschwindigkeit von 30 m/s (Sturm) reißt die Dächer von Häusern ab, entwurzelt Bäume, bricht Pfähle, bewegt Kieselsteine und trägt kleinen Kies, und ein Orkan mit einer Geschwindigkeit von 40 m/s zerstört Häuser, bricht und zerstört Pfähle Stromleitungen, entwurzelt große Bäume.

Sturmböen und Tornados (Tornados) haben große negative Auswirkungen auf die Umwelt mit katastrophalen Folgen – atmosphärische Wirbel, die in der warmen Jahreszeit an mächtigen atmosphärischen Fronten mit einer Geschwindigkeit von bis zu 100 m/s auftreten. Sturmböen sind horizontale Wirbelstürme mit orkanartigen Windgeschwindigkeiten (bis zu 60-80 m/s). Sie werden oft von heftigen Schauern und Gewittern begleitet, die einige Minuten bis zu einer halben Stunde dauern. Die Sturmböen bedecken Gebiete mit einer Breite von bis zu 50 km und legen eine Entfernung von 200-250 km zurück. Ein schwerer Sturm in Moskau und der Region Moskau im Jahr 1998 beschädigte die Dächer vieler Häuser und warf Bäume um.

Tornados, in Nordamerika Tornados genannt, sind mächtige trichterförmige atmosphärische Wirbel, die oft mit Gewitterwolken in Verbindung gebracht werden. Dies sind Luftsäulen, die sich in der Mitte verengen und einen Durchmesser von mehreren zehn bis hundert Metern haben. Der Tornado sieht aus wie ein Trichter, der einem Elefantenrüssel sehr ähnlich ist und aus den Wolken herabsteigt oder von der Erdoberfläche aufsteigt. Der Tornado, der eine starke Verdünnung und hohe Rotationsgeschwindigkeit besitzt, legt mehrere hundert Kilometer zurück und zieht Staub, Wasser aus Stauseen und verschiedene Objekte an. Mächtige Tornados werden von Gewittern und Regen begleitet und haben eine große Zerstörungskraft.

Tornados treten selten in subpolaren oder äquatorialen Regionen auf, wo es ständig kalt oder heiß ist. Nur wenige Tornados im offenen Ozean. Tornados treten in Europa, Japan, Australien, den USA und in Russland besonders häufig in der zentralen Schwarzerderegion, in den Regionen Moskau, Jaroslawl, Nischni Nowgorod und Iwanowo auf.

Tornados heben und bewegen Autos, Häuser, Waggons, Brücken. Besonders zerstörerische Tornados (Tornados) werden in den USA beobachtet. Jährlich werden 450 bis 1500 Tornados mit durchschnittlich etwa 100 Opfern registriert. Tornados sind schnell wirkende katastrophale atmosphärische Prozesse. Sie werden in nur 20-30 Minuten gebildet und ihre Existenzzeit beträgt 30 Minuten. Daher ist es fast unmöglich, Zeit und Ort des Auftretens von Tornados vorherzusagen.

Andere zerstörerische, aber langfristige atmosphärische Wirbel sind Zyklone. Sie entstehen aufgrund eines Druckabfalls, der unter bestimmten Bedingungen zum Auftreten einer kreisförmigen Bewegung von Luftströmungen beiträgt. Atmosphärische Wirbel entstehen um starke aufsteigende Strömungen feuchtwarmer Luft und drehen sich mit hoher Geschwindigkeit im Uhrzeigersinn auf der Südhalbkugel und gegen den Uhrzeigersinn auf der Nordhalbkugel. Wirbelstürme entstehen im Gegensatz zu Tornados über den Ozeanen und entfalten ihre zerstörerischen Wirkungen über den Kontinenten. Die Hauptzerstörungsfaktoren sind starke Winde, intensive Niederschläge in Form von Schneefall, Platzregen, Hagel und Sturmfluten. Winde mit Geschwindigkeiten von 19 - 30 m / s bilden einen Sturm, 30 - 35 m / s - einen Sturm und mehr als 35 m / s - einen Orkan.

Tropische Wirbelstürme – Hurrikane und Taifune – haben eine durchschnittliche Breite von mehreren hundert Kilometern. Die Windgeschwindigkeit innerhalb des Zyklons erreicht Orkanstärke. Tropische Wirbelstürme dauern mehrere Tage bis mehrere Wochen und bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 200 km/h. Zyklone in mittleren Breiten haben einen größeren Durchmesser. Ihre Querausdehnung reicht von tausend bis zu mehreren tausend Kilometern, die Windgeschwindigkeit ist stürmisch. Sie bewegen sich auf der Nordhalbkugel von Westen her und werden von Hagel und Schneefall begleitet, die katastrophal sind. Zyklone und die damit verbundenen Hurrikane und Taifune sind die größten Naturkatastrophen nach Überschwemmungen, gemessen an der Zahl der Opfer und verursachten Schäden. In dicht besiedelten Gebieten Asiens geht die Zahl der Opfer von Wirbelstürmen in die Tausende. 1991 starben in Bangladesch während eines Hurrikans, der die Bildung von 6 m hohen Meereswellen verursachte, 125.000 Menschen. Taifune richten in den Vereinigten Staaten großen Schaden an. Infolgedessen sterben Dutzende und Hunderte von Menschen. In Westeuropa richten Hurrikane weniger Schaden an.

Gewitter gelten als katastrophales atmosphärisches Phänomen. Sie entstehen, wenn warme, feuchte Luft sehr schnell aufsteigt. An der Grenze der tropischen und subtropischen Zonen treten Gewitter an 90-100 Tagen im Jahr auf, in der gemäßigten Zone an 10-30 Tagen. In unserem Land treten die meisten Gewitter im Nordkaukasus auf.

Gewitter dauern in der Regel weniger als eine Stunde. Starke Regengüsse, Hagel, Blitzeinschläge, Windböen und vertikale Luftströmungen stellen eine besondere Gefahr dar. Die Hagelgefahr wird durch die Größe der Hagelkörner bestimmt. Im Nordkaukasus erreichte die Masse der Hagelkörner einst 0,5 kg, und in Indien wurden Hagelkörner mit einem Gewicht von 7 kg festgestellt. Die gefährlichsten Gebiete unseres Landes befinden sich im Nordkaukasus. Im Juli 1992 beschädigte Hagel 18 Flugzeuge auf dem Flughafen Mineralnye Vody.

Blitze sind ein gefährliches Wetterphänomen. Sie töten Menschen, Vieh, verursachen Brände, beschädigen das Stromnetz. Etwa 10.000 Menschen sterben jedes Jahr weltweit an Gewittern und ihren Folgen. Darüber hinaus ist in einigen Teilen Afrikas, in Frankreich und den Vereinigten Staaten die Zahl der Blitzopfer größer als bei anderen Naturphänomenen. Der jährliche wirtschaftliche Schaden durch Gewitter in den Vereinigten Staaten beträgt mindestens 700 Millionen US-Dollar.

Dürren sind typisch für Wüsten-, Steppen- und Waldsteppenregionen. Der Mangel an Niederschlägen führt zu einer Austrocknung des Bodens, einer Absenkung des Grundwasserspiegels und in Stauseen bis zur vollständigen Austrocknung. Feuchtigkeitsmangel führt zum Absterben von Pflanzen und Pflanzen. Dürren sind besonders schwerwiegend in Afrika, im Nahen und Mittleren Osten, in Zentralasien und im südlichen Nordamerika.

Dürren verändern die Bedingungen des menschlichen Lebens, beeinträchtigen die natürliche Umwelt durch Prozesse wie Versalzung des Bodens, trockene Winde, Sandstürme, Bodenerosion und Waldbrände. Brände sind besonders stark während Dürre in Taiga-Regionen, tropischen und subtropischen Wäldern und Savannen.

Dürren sind kurzfristige Prozesse, die eine Saison andauern. Wenn Dürren länger als zwei Jahreszeiten andauern, drohen Hunger und Massensterben. Typischerweise erstrecken sich die Auswirkungen einer Dürre auf das Territorium eines oder mehrerer Länder. Besonders häufig kommt es in der Sahelzone Afrikas zu anhaltenden Dürren mit tragischen Folgen.

Atmosphärische Phänomene wie Schneefälle, intermittierende Starkregen und anhaltende Regenfälle verursachen große Schäden. Schneefälle verursachen massive Lawinen in den Bergen, und das schnelle Schmelzen des gefallenen Schnees und anhaltende starke Regenfälle führen zu Überschwemmungen. Eine riesige Wassermasse, die auf die Erdoberfläche fällt, verursacht insbesondere in baumlosen Gebieten eine starke Erosion der Bodenbedeckung. Es gibt ein intensives Wachstum von Schluchtbalkensystemen. Überschwemmungen treten als Folge großer Überschwemmungen während starker Niederschläge oder Überschwemmungen nach einer plötzlichen Erwärmung oder Schneeschmelze im Frühjahr auf und sind daher atmosphärische Phänomene (sie werden im Kapitel über die ökologische Rolle der Hydrosphäre behandelt).

Anthropogene Veränderungen in der Atmosphäre

Derzeit gibt es viele verschiedene Quellen anthropogener Natur, die die Luftverschmutzung verursachen und zu schwerwiegenden Störungen des ökologischen Gleichgewichts führen. In Bezug auf das Ausmaß haben zwei Quellen den größten Einfluss auf die Atmosphäre: Verkehr und Industrie. Im Durchschnitt entfallen etwa 60 % der gesamten Luftverschmutzung auf den Verkehr, 15 % auf die Industrie, 15 % auf Wärmeenergie und 10 % auf Technologien zur Vernichtung von Haushalts- und Industrieabfällen.

Der Transport setzt je nach verwendetem Kraftstoff und Art der Oxidationsmittel Stickoxide, Schwefel, Kohlenstoffoxide und -dioxide, Blei und seine Verbindungen, Ruß, Benzopyren (ein Stoff aus der Gruppe der polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe, d.h ein starkes Karzinogen, das Hautkrebs verursacht).

Die Industrie gibt Schwefeldioxid, Kohlenoxide und -dioxide, Kohlenwasserstoffe, Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Schwefelsäure, Phenol, Chlor, Fluor und andere Verbindungen und Chemikalien in die Atmosphäre ab. Die dominierende Position unter den Emissionen (bis zu 85%) nimmt jedoch der Staub ein.

Infolge der Verschmutzung ändert sich die Transparenz der Atmosphäre, Aerosole, Smog und saurer Regen treten darin auf.

Aerosole sind dispergierte Systeme, die aus festen Partikeln oder Flüssigkeitströpfchen bestehen, die in einem gasförmigen Medium suspendiert sind. Die Partikelgröße der dispergierten Phase beträgt üblicherweise 10 -3 -10 -7 cm Je nach Zusammensetzung der dispergierten Phase werden Aerosole in zwei Gruppen eingeteilt. Einer umfasst Aerosole, die aus festen Partikeln bestehen, die in einem gasförmigen Medium dispergiert sind, der zweite – Aerosole, die eine Mischung aus gasförmigen und flüssigen Phasen sind. Die ersten heißen Rauch und die zweiten Nebel. Kondensationszentren spielen eine wichtige Rolle bei ihrem Entstehungsprozess. Als Kondensationskeime wirken Vulkanasche, kosmischer Staub, Produkte industrieller Abgase, verschiedene Bakterien usw. Die Zahl möglicher Quellen für Konzentrationskeime nimmt ständig zu. Wenn also beispielsweise trockenes Gras auf einer Fläche von 4000 m 2 durch Feuer zerstört wird, entstehen durchschnittlich 11 * 10 22 Aerosolkerne.

Aerosole begannen sich ab dem Moment der Entstehung unseres Planeten zu bilden und beeinflussten die natürlichen Bedingungen. Ihre Anzahl und ihre Wirkungen, im Gleichgewicht mit der allgemeinen Zirkulation von Stoffen in der Natur, verursachten jedoch keine tiefgreifenden ökologischen Veränderungen. Anthropogene Faktoren ihrer Entstehung haben dieses Gleichgewicht zu erheblichen biosphärischen Überlastungen verschoben. Diese Eigenschaft ist besonders ausgeprägt, seit die Menschheit begann, speziell hergestellte Aerosole sowohl in Form von Giftstoffen als auch zum Pflanzenschutz zu verwenden.

Am gefährlichsten für die Vegetationsdecke sind Aerosole aus Schwefeldioxid, Fluorwasserstoff und Stickstoff. Bei Kontakt mit einer nassen Blattoberfläche bilden sie Säuren, die sich schädlich auf Lebewesen auswirken. Säurenebel gelangen zusammen mit der eingeatmeten Luft in die Atmungsorgane von Tieren und Menschen und greifen aggressiv die Schleimhäute an. Einige von ihnen zersetzen lebendes Gewebe und radioaktive Aerosole verursachen Krebs. Unter den radioaktiven Isotopen ist SG 90 nicht nur wegen seiner Karzinogenität besonders gefährlich, sondern auch als Analogon von Calcium, das es in den Knochen von Organismen ersetzt und deren Zersetzung verursacht.

Bei nuklearen Explosionen bilden sich radioaktive Aerosolwolken in der Atmosphäre. Kleine Partikel mit einem Radius von 1 - 10 Mikrometern fallen nicht nur in die oberen Schichten der Troposphäre, sondern auch in die Stratosphäre, in der sie sich lange aufhalten können. Aerosolwolken entstehen auch beim Betrieb von Reaktoren von Industrieanlagen, die Kernbrennstoffe produzieren, sowie bei Unfällen in Kernkraftwerken.

Smog ist eine Mischung aus Aerosolen mit flüssigen und festen dispergierten Phasen, die einen Nebelvorhang über Industriegebieten und Großstädten bilden.

Es gibt drei Arten von Smog: Eis, Nass und Trocken. Eissmog wird Alaskan genannt. Dabei handelt es sich um eine Kombination gasförmiger Schadstoffe mit dem Zusatz von Staubpartikeln und Eiskristallen, die beim Gefrieren von Nebeltröpfchen und Dampf aus Heizungsanlagen entstehen.

Nasser Smog oder Smog vom Londoner Typ wird manchmal auch als Wintersmog bezeichnet. Es ist ein Gemisch aus gasförmigen Schadstoffen (hauptsächlich Schwefeldioxid), Staubpartikeln und Nebeltröpfchen. Meteorologische Voraussetzung für das Auftreten von Wintersmog ist ruhiges Wetter, bei dem sich über der oberflächennahen Kaltluftschicht (unter 700 m) eine Warmluftschicht befindet. Gleichzeitig fehlt nicht nur der horizontale, sondern auch der vertikale Austausch. Schadstoffe, die normalerweise in hohen Schichten verteilt sind, reichern sich dabei in der Oberflächenschicht an.

Trockensmog tritt im Sommer auf und wird oft als LA-Smog bezeichnet. Es ist eine Mischung aus Ozon, Kohlenmonoxid, Stickoxiden und Säuredämpfen. Dieser Smog entsteht durch die Zersetzung von Schadstoffen durch Sonnenstrahlung, insbesondere deren ultravioletten Anteil. Die meteorologische Voraussetzung ist eine atmosphärische Inversion, die sich im Auftreten einer Schicht kalter Luft über der warmen ausdrückt. Gase und feste Partikel, die normalerweise von warmen Luftströmen angehoben werden, werden dann in den oberen kalten Schichten dispergiert, aber in diesem Fall reichern sie sich in der Inversionsschicht an. Bei der Photolyse zersetzen sich Stickstoffdioxide, die bei der Verbrennung von Kraftstoff in Automotoren entstehen:

NO 2 → NO + O

Dann findet die Ozonsynthese statt:

O + O 2 + M → O 3 + M

NO + O → NO 2

Photodissoziationsprozesse werden von einem gelbgrünen Leuchten begleitet.

Außerdem treten Reaktionen nach dem Typ: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4 auf, d.h. es entsteht starke Schwefelsäure.

Bei einer Änderung der meteorologischen Bedingungen (Auftreten von Wind oder Änderung der Luftfeuchtigkeit) löst sich die kalte Luft auf und der Smog verschwindet.

Das Vorhandensein von Karzinogenen im Smog führt zu Atemversagen, Schleimhautreizungen, Kreislaufstörungen, asthmatischer Erstickung und oft zum Tod. Smog ist besonders gefährlich für kleine Kinder.

Saurer Regen ist atmosphärischer Niederschlag, der durch industrielle Emissionen von Schwefeloxiden, Stickoxiden und darin gelösten Dämpfen von Perchlorsäure und Chlor angesäuert wird. Beim Verbrennen von Kohle und Gas wird der größte Teil des darin enthaltenen Schwefels sowohl in Form von Oxid als auch in Verbindungen mit Eisen, insbesondere in Pyrit, Pyrrhotit, Chalkopyrit usw., zu Schwefeloxid, das zusammen mit Kohlenstoff umgewandelt wird Kohlendioxid, wird in die Atmosphäre freigesetzt. Bei der Verbindung von Luftstickstoff und technischen Emissionen mit Sauerstoff entstehen verschiedene Stickoxide, wobei die Menge der gebildeten Stickoxide von der Verbrennungstemperatur abhängt. Der Großteil der Stickoxide entsteht beim Betrieb von Fahrzeugen und Diesellokomotiven, ein geringerer Teil in der Energiewirtschaft und in Industriebetrieben. Schwefel- und Stickoxide sind die wichtigsten Säurebildner. Bei der Reaktion mit Luftsauerstoff und dem darin enthaltenen Wasserdampf entstehen Schwefel- und Salpetersäure.

Es ist bekannt, dass das Alkali-Säure-Gleichgewicht des Mediums durch den pH-Wert bestimmt wird. Ein neutrales Milieu hat einen pH-Wert von 7, ein saures Milieu einen pH-Wert von 0 und ein alkalisches Milieu einen pH-Wert von 14. In der Neuzeit liegt der pH-Wert von Regenwasser bei 5,6, in jüngerer Vergangenheit jedoch schon war neutral. Eine Verringerung des pH-Wertes um eins entspricht einer Verzehnfachung des Säuregehalts und daher fallen derzeit fast überall Regen mit erhöhtem Säuregehalt. Der in Westeuropa gemessene maximale Säuregehalt der Regenfälle betrug 4-3,5 pH. Dabei ist zu berücksichtigen, dass ein pH-Wert von 4-4,5 für die meisten Fische tödlich ist.

Saure Regenfälle wirken aggressiv auf die Vegetationsdecke der Erde, auf Industrie- und Wohnbauten und tragen zu einer erheblichen Beschleunigung der Verwitterung exponierter Gesteine bei. Eine Erhöhung des Säuregehalts verhindert die Selbstregulierung der Neutralisierung von Böden, in denen Nährstoffe gelöst sind. Dies führt wiederum zu einem starken Rückgang der Erträge und zu einer Verschlechterung der Vegetationsdecke. Der Säuregehalt des Bodens trägt zur Freisetzung von Schwerstoffen bei, die sich in gebundenem Zustand befinden, die allmählich von Pflanzen aufgenommen werden, in ihnen schwere Gewebeschäden verursachen und in die menschlichen Nahrungsketten eindringen.

Eine Veränderung des Alkali-Säure-Potenzials von Meerwasser, insbesondere in flachen Gewässern, führt zum Stillstand der Fortpflanzung vieler wirbelloser Tiere, verursacht das Sterben von Fischen und stört das ökologische Gleichgewicht in den Ozeanen.

Als Folge des sauren Regens sind die Wälder Westeuropas, des Baltikums, Kareliens, des Urals, Sibiriens und Kanadas vom Tode bedroht.

Typ