خانه » آشپزخانه » پیامی با موضوع جو علیا. موضوع جغرافیا - اتمسفر

پیامی با موضوع جو علیا. موضوع جغرافیا - اتمسفر

اتمسفر زمین

جو(از جانب. یونانی قدیمἀτμός - بخار و σφαῖρα - توپ) - گازپوسته ( ژئوسفر)، سیاره را احاطه کرده است زمین. سطح داخلی آن را می پوشاند هیدروسفرو به طور جزئی پارس سگ، قسمت بیرونی با بخش نزدیک به زمین از فضای بیرونی مرز دارد.

معمولاً مجموعه ای از شاخه های فیزیک و شیمی که جو را مطالعه می کنند فیزیک اتمسفر. جو تعیین می کند آب و هوادر سطح زمین، مطالعه آب و هوا هواشناسی، و تغییرات طولانی مدت اقلیم - اقلیم شناسی.

ساختار جو

ساختار جو

تروپوسفر

حد بالایی آن در ارتفاع 8-10 کیلومتری در قطبی، 10-12 کیلومتری در معتدل و 16-18 کیلومتری در عرض های جغرافیایی استوایی است. در زمستان کمتر از تابستان است. لایه زیرین و اصلی جو. حاوی بیش از 80 درصد از کل جرم هوای جو و حدود 90 درصد از کل بخار آب موجود در جو است. در تروپوسفر بسیار توسعه یافته است تلاطمو همرفت، بوجود امدن ابرها، در حال توسعه هستند طوفان هاو آنتی سیکلون ها. دما با افزایش ارتفاع با میانگین عمودی کاهش می یابد شیب 0.65 درجه / 100 متر

موارد زیر به عنوان "شرایط عادی" در سطح زمین پذیرفته می شوند: چگالی 1.2 کیلوگرم بر متر مکعب، فشار هوا 101.35 کیلو پاسکال، دما به اضافه 20 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 50%. این شاخص های مشروط دارای اهمیت مهندسی محض هستند.

استراتوسفر

لایه ای از جو که در ارتفاع 11 تا 50 کیلومتری قرار دارد. با تغییر جزئی دما در لایه 11-25 کیلومتری (لایه پایین تر استراتوسفر) و افزایش در لایه 25-40 کیلومتری از 56.5- به 0.8 درجه مشخص می شود. با(لایه بالایی استراتوسفر یا منطقه وارونگی ها). با رسیدن به مقدار حدود 273 کلوین (تقریبا 0 درجه سانتیگراد) در ارتفاع حدود 40 کیلومتری، دما تا ارتفاع حدود 55 کیلومتری ثابت می ماند. این ناحیه دمای ثابت نامیده می شود استراتوپوزو مرز بین استراتوسفر است و مزوسفر.

استراتوپوز

لایه مرزی جو بین استراتوسفر و مزوسفر. در توزیع عمودی دما حداکثر (حدود 0 درجه سانتیگراد) وجود دارد.

مزوسفر

اتمسفر زمین

مزوسفراز ارتفاع 50 کیلومتری شروع می شود و تا 80-90 کیلومتر گسترش می یابد. دما با ارتفاع با شیب عمودی متوسط (0.25-0.3) درجه / 100 متر کاهش می یابد. فرآیند اصلی انرژی انتقال حرارت تابشی است. فرآیندهای فتوشیمیایی پیچیده شامل رادیکال های آزاد، مولکول های برانگیخته ارتعاشی و غیره باعث درخشش جو می شوند.

مزوپوز

لایه انتقالی بین مزوسفر و ترموسفر. حداقل در توزیع عمودی دما (حدود -90 درجه سانتیگراد) وجود دارد.

خط کارمان

ارتفاع از سطح دریا که به طور معمول به عنوان مرز بین جو زمین و فضا پذیرفته شده است.

ترموسفر

مقاله اصلی: ترموسفر

لایه های جوی تا ارتفاع 120 کیلومتری

اگزوسفر (کره پراکنده)

اگزوسفر- منطقه پراکندگی، قسمت بیرونی ترموسفر، واقع در بالای 700 کیلومتر. گاز موجود در اگزوسفر بسیار کمیاب است و از اینجا ذرات آن به فضای بین سیاره ای نشت می کنند. اتلاف).

تا ارتفاع 100 کیلومتری، جو مخلوطی همگن و مخلوط از گازها است. در لایه‌های بالاتر، توزیع گازها بر اساس ارتفاع به وزن مولکولی آنها بستگی دارد. به دلیل کاهش چگالی گاز، دما از 0 درجه سانتیگراد در استراتوسفر به 110- درجه سانتیگراد در مزوسفر کاهش می یابد. با این حال، انرژی جنبشی ذرات منفرد در ارتفاعات 200-250 کیلومتری با دمای ~1500 درجه سانتیگراد مطابقت دارد. در بالای 200 کیلومتر، نوسانات قابل توجهی در دما و چگالی گاز در زمان و مکان مشاهده می شود.

در ارتفاع حدود 2000-3000 کیلومتری، اگزوسفر به تدریج به اصطلاح تبدیل می شود. نزدیک خلاء فضاییکه با ذرات بسیار کمیاب گاز بین سیاره ای، عمدتاً اتم های هیدروژن پر شده است. اما این گاز تنها بخشی از ماده بین سیاره ای را نشان می دهد. بخش دیگر شامل ذرات غبار با منشاء دنباله‌دار و شهاب‌سنگ است. علاوه بر ذرات غبار بسیار کمیاب، تشعشعات الکترومغناطیسی و هسته‌ای با منشاء خورشیدی و کهکشانی به این فضا نفوذ می‌کنند.

تروپوسفر حدود 80٪ از جرم جو را تشکیل می دهد، استراتوسفر - حدود 20٪. جرم مزوسفر بیش از 0.3٪ نیست، ترموسفر کمتر از 0.05٪ از کل جرم جو است. بر اساس خواص الکتریکی موجود در جو، نوترونوسفر و یونوسفر متمایز می شوند. در حال حاضر اعتقاد بر این است که جو تا ارتفاع 2000-3000 کیلومتری گسترش می یابد.

بسته به ترکیب گاز موجود در جو، آنها منتشر می کنند هموسفرو هتروسفر. هتروسفر - این منطقه ای است که گرانش بر جداسازی گازها تأثیر می گذارد، زیرا اختلاط آنها در چنین ارتفاعی ناچیز است. این به معنای ترکیب متغیر هتروسفر است. در زیر آن یک قسمت کاملاً مخلوط و همگن از جو قرار دارد که به نام هموسفر. مرز بین این لایه ها نامیده می شود مکث توربو، در ارتفاع حدود 120 کیلومتری قرار دارد.

مشخصات فیزیکی

ضخامت جو تقریباً 2000 - 3000 کیلومتر از سطح زمین است. جرم کل هوا- (5.1-5.3)×10 18 کیلوگرم. جرم مولیهوای خشک تمیز 28.966 است. فشاردر 0 درجه سانتی گراد در سطح دریا 101.325 کیلو پاسکال; دمای بحرانی?140.7 درجه سانتی گراد; فشار بحرانی 3.7 مگاپاسکال؛ سی پ 1.0048×10 3 J/(kg K) (در 0 درجه سانتیگراد)، سی v 0.7159×10 3 J/(kg K) (در دمای 0 درجه سانتیگراد). حلالیت هوا در آب در دمای 0 درجه سانتیگراد 0.036٪، در 25 درجه سانتیگراد - 0.22٪ است.

خصوصیات فیزیولوژیکی و سایر خواص جو

در حال حاضر در ارتفاع 5 کیلومتری از سطح دریا، یک فرد آموزش ندیده رشد می کند گرسنگی اکسیژنو بدون سازگاری، عملکرد فرد به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. منطقه فیزیولوژیکی جو در اینجا به پایان می رسد. تنفس انسان در ارتفاع 15 کیلومتری غیرممکن می شود، اگرچه تا 115 کیلومتری جو حاوی اکسیژن است.

جو اکسیژن لازم برای تنفس را برای ما تامین می کند. با این حال، به دلیل افت فشار کل جو، با بالا رفتن از ارتفاع، فشار جزئی اکسیژن به همان نسبت کاهش می یابد.

ریه های انسان دائماً حاوی حدود 3 لیتر هوای آلوئولی هستند. فشار جزئیاکسیژن هوای آلوئولی در فشار اتمسفر معمولی 110 میلی متر جیوه است. هنر، فشار دی اکسید کربن - 40 میلی متر جیوه. هنر، و بخار آب - 47 میلی متر جیوه. هنر با افزایش ارتفاع، فشار اکسیژن کاهش می یابد و فشار کل بخار آب و دی اکسید کربن در ریه ها تقریباً ثابت می ماند - حدود 87 میلی متر جیوه. هنر زمانی که فشار هوای محیط به این مقدار رسید، اکسیژن رسانی به ریه ها به طور کامل متوقف می شود.

در ارتفاع حدود 19-20 کیلومتری، فشار اتمسفر به 47 میلی متر جیوه کاهش می یابد. هنر بنابراین در این ارتفاع آب و مایع بینابینی در بدن انسان شروع به جوشیدن می کند. در خارج از کابین تحت فشار در این ارتفاعات، مرگ تقریباً بلافاصله اتفاق می افتد. بنابراین، از نقطه نظر فیزیولوژی انسان، "فضا" در ارتفاع 15-19 کیلومتری شروع می شود.

لایه های متراکم هوا - تروپوسفر و استراتوسفر - ما را از اثرات مخرب تشعشع محافظت می کند. با کمیاب شدن کافی هوا، در ارتفاعات بیش از 36 کیلومتر، عوامل یونیزان تأثیر شدیدی بر بدن دارند. تابش - تشعشع- پرتوهای کیهانی اولیه؛ در ارتفاعات بیش از 40 کیلومتر، قسمت فرابنفش طیف خورشیدی برای انسان خطرناک است.

همانطور که ما به ارتفاع بیشتر از سطح زمین بالا می رویم، پدیده های آشنا در لایه های پایینی جو مشاهده می شود مانند انتشار صدا، ظهور آیرودینامیک. بلند کردنو مقاومت، انتقال حرارت همرفتو غیره.

در لایه های کمیاب هوا، توزیع صداغیر ممکن می شود تا ارتفاع 60 تا 90 کیلومتری همچنان می توان از مقاومت هوا و بالابر برای پرواز آیرودینامیکی کنترل شده استفاده کرد. اما با شروع از ارتفاعات 100-130 کیلومتر، مفاهیم آشنا برای هر خلبان شماره های Mو سد صوتیمعنای خود را از دست بدهند، شرطی وجود دارد خط کارمانفراتر از آن، کره پرواز صرفاً بالستیک آغاز می شود که فقط با استفاده از نیروهای واکنشی قابل کنترل است.

در ارتفاعات بالای 100 کیلومتر، جو از ویژگی قابل توجه دیگری محروم می شود - توانایی جذب، هدایت و انتقال انرژی حرارتی به وسیله همرفت (یعنی با مخلوط کردن هوا). این بدان معنی است که عناصر مختلف تجهیزات در ایستگاه فضایی مداری نمی توانند از بیرون به همان روشی که معمولاً در هواپیما انجام می شود - با کمک جت های هوا و رادیاتورهای هوا - خنک شوند. در چنین ارتفاعی، مانند فضا به طور کلی، تنها راه انتقال گرما است تابش حرارتی.

ترکیب اتمسفر

ترکیب هوای خشک

جو زمین عمدتاً از گازها و ناخالصی های مختلف (غبار، قطرات آب، کریستال های یخ، نمک های دریا، محصولات احتراق) تشکیل شده است.

غلظت گازهای تشکیل دهنده جو تقریبا ثابت است، به استثنای آب (H2O) و دی اکسید کربن (CO2).

ترکیب هوای خشک

نیتروژن
اکسیژن
آرگون
اب
دی اکسید کربن
نئون
هلیوم
متان
کریپتون
هیدروژن
زنون
اکسید نیتروژن

علاوه بر گازهای نشان داده شده در جدول، جو حاوی SO 2، NH 3، CO، ازن, هیدروکربن ها, HCl, HF، زوج ها HG, I 2 , و همچنین نهو بسیاری از گازهای دیگر در مقادیر کم. تروپوسفر دائماً حاوی تعداد زیادی ذرات معلق جامد و مایع است. آئروسل).

تاریخچه تشکیل اتمسفر

بر اساس رایج ترین نظریه، جو زمین در طول زمان دارای چهار ترکیب مختلف بوده است. در ابتدا از گازهای سبک ( هیدروژنو هلیوم) از فضای بین سیاره ای گرفته شده است. این به اصطلاح است جو اولیه(حدود چهار میلیارد سال پیش). در مرحله بعد، فعالیت فعال آتشفشانی منجر به اشباع شدن جو با گازهایی غیر از هیدروژن (دی اکسید کربن، آمونیاک, بخار آب). اینگونه شکل گرفت جو ثانویه(حدود سه میلیارد سال قبل از امروز). این فضا ترمیم کننده بود. علاوه بر این، فرآیند تشکیل اتمسفر توسط عوامل زیر تعیین شد:

نشت گازهای سبک (هیدروژن و هلیوم) به داخل فضای بین سیاره ای;

واکنش های شیمیایی که در جو تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش، تخلیه رعد و برق و برخی عوامل دیگر رخ می دهد.

به تدریج این عوامل منجر به شکل گیری شد جو سومبا محتوای بسیار کمتر هیدروژن و محتوای بسیار بیشتر نیتروژن و دی اکسید کربن (که در نتیجه واکنش های شیمیایی از آمونیاک و هیدروکربن ها ایجاد می شود) مشخص می شود.

نیتروژن

تشکیل مقدار زیادی N 2 به دلیل اکسیداسیون جو آمونیاک-هیدروژن توسط مولکولی O 2 است که از 3 میلیارد سال پیش در نتیجه فتوسنتز از سطح سیاره شروع به بیرون آمدن کرد. N2 همچنین در نتیجه نیترات زدایی نیترات ها و سایر ترکیبات حاوی نیتروژن در جو آزاد می شود. نیتروژن در اتمسفر فوقانی توسط ازن به NO اکسید می شود.

نیتروژن N 2 فقط در شرایط خاص (مثلاً در هنگام تخلیه رعد و برق) واکنش نشان می دهد. اکسیداسیون نیتروژن مولکولی توسط ازن در هنگام تخلیه الکتریکی در تولید صنعتی کودهای نیتروژنی استفاده می شود. آنها می توانند آن را با مصرف کم انرژی اکسید کرده و به شکل فعال بیولوژیکی تبدیل کنند. سیانوباکتری ها (جلبک سبز آبی)و باکتری های ندول که ریزوبیال را تشکیل می دهند همزیستیبا حبوباتگیاهان، به اصطلاح کود کشاورزی سبز.

اکسیژن

ترکیب جو با ظاهر شدن روی زمین شروع به تغییر اساسی کرد موجودات زنده، در نتیجه فتوسنتزهمراه با آزاد شدن اکسیژن و جذب دی اکسید کربن. در ابتدا، اکسیژن برای اکسیداسیون ترکیبات کاهش یافته - آمونیاک، هیدروکربن ها، شکل نیتروژن مصرف شد. غدهموجود در اقیانوس ها و غیره. در پایان این مرحله، محتوای اکسیژن جو شروع به افزایش کرد. به تدریج فضایی مدرن با خواص اکسید کننده شکل گرفت. از آنجایی که این امر باعث ایجاد تغییرات جدی و ناگهانی در بسیاری از فرآیندهای در حال وقوع شد جو, لیتوسفرو زیست کره، این رویداد نامیده شد فاجعه اکسیژن.

در حین فانوزوئیکترکیب اتمسفر و محتوای اکسیژن دستخوش تغییراتی شد. آنها در درجه اول با میزان رسوب رسوب آلی مرتبط بودند. بنابراین، در طول دوره های انباشت زغال سنگ، محتوای اکسیژن در جو ظاهراً به طور قابل توجهی از سطح مدرن فراتر رفت.

دی اکسید کربن

محتوای CO 2 در جو به فعالیت های آتشفشانی و فرآیندهای شیمیایی در پوسته های زمین بستگی دارد، اما بیشتر از همه به شدت بیوسنتز و تجزیه مواد آلی در زیست کره زمین. تقریبا کل زیست توده فعلی سیاره (حدود 2.4 × 10 12 تن ) در اثر دی اکسید کربن، نیتروژن و بخار آب موجود در هوای اتمسفر تشکیل می شود. به خاک سپرده شد اقیانوس، V باتلاق هاو در جنگل هامواد آلی تبدیل می شود زغال سنگ, روغنو گاز طبیعی. (سانتی متر. چرخه کربن ژئوشیمیایی)

گازهای نجیب

منبع گازهای بی اثر - آرگون, هلیومو کریپتون- فوران های آتشفشانی و فروپاشی عناصر رادیواکتیو. زمین به طور کلی و جو به طور خاص در مقایسه با فضا از گازهای بی اثر تهی شده اند. اعتقاد بر این است که دلیل این امر در نشت مداوم گازها به فضای بین سیاره ای است.

آلودگی هوا

اخیراً تکامل جو شروع به تأثیرپذیری کرده است انسان. نتیجه فعالیت های او افزایش مداوم و قابل توجهی در محتوای دی اکسید کربن در جو به دلیل احتراق سوخت های هیدروکربنی انباشته شده در دوره های زمین شناسی قبلی بود. مقادیر زیادی CO 2 در طول فتوسنتز مصرف می شود و توسط اقیانوس های جهان جذب می شود. این گاز به دلیل تجزیه سنگ های کربناته و مواد آلی با منشاء گیاهی و حیوانی و همچنین در اثر فعالیت های آتشفشانی و صنعتی انسان وارد جو می شود. در طول 100 سال گذشته، محتوای CO2 در جو 10٪ افزایش یافته است که بخش عمده آن (360 میلیارد تن) از احتراق سوخت ناشی می شود. اگر نرخ رشد احتراق سوخت ادامه یابد، در 50 تا 60 سال آینده مقدار CO 2 در جو دو برابر خواهد شد و می تواند منجر به تغییرات جهانی آب و هوا.

احتراق سوخت منبع اصلی گازهای آلاینده است ( CO, نه, بنابراین 2 ). دی اکسید گوگرد توسط اکسیژن اتمسفر اکسید می شود بنابراین 3 در لایه های بالایی جو، که به نوبه خود با آب و بخار آمونیاک برهم کنش می کند و در نتیجه اسید سولفوریک (H 2 بنابراین 4 ) و سولفات آمونیوم ((NH 4 ) 2 بنابراین 4 ) بازگشت به سطح زمین در قالب به اصطلاح. باران اسیدی. استفاده موتورهای احتراق داخلیمنجر به آلودگی جوی قابل توجه با اکسیدهای نیتروژن، هیدروکربن ها و ترکیبات سرب می شود. سرب تترااتیل سرب (CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

آلودگی آئروسل اتمسفر هم به دلایل طبیعی (فوران های آتشفشانی، طوفان های گرد و غبار، حباب قطرات آب دریا و گرده گیاهان و غیره) و فعالیت های اقتصادی انسان (استخراج سنگ معدن و مصالح ساختمانی، سوزاندن سوخت، ساخت سیمان و غیره) ایجاد می شود. ). انتشار شدید ذرات معلق در جو یکی از دلایل احتمالی تغییرات آب و هوایی در این سیاره است.

تشکیل جو. امروزه اتمسفر زمین مخلوطی از گازها - 78 درصد نیتروژن، 21 درصد اکسیژن و مقادیر کمی از گازهای دیگر مانند دی اکسید کربن است. اما زمانی که سیاره برای اولین بار ظاهر شد، هیچ اکسیژنی در جو وجود نداشت - این سیاره شامل گازهایی بود که در ابتدا در منظومه شمسی وجود داشت.

زمین زمانی پدید آمد که اجسام صخره ای کوچکی که از غبار و گاز حاصل از سحابی خورشیدی ساخته شده بودند، به نام سیاره نماها با یکدیگر برخورد کردند و به تدریج شکل یک سیاره به خود گرفتند. با رشد آن، گازهای موجود در سیاره‌نماها فوران کردند و کره زمین را در بر گرفتند. پس از مدتی، اولین گیاهان شروع به آزاد کردن اکسیژن کردند و جو اولیه به پوشش هوای متراکم فعلی تبدیل شد.

خاستگاه جو

4.6 میلیارد سال پیش بارانی از سیاره‌نماهای کوچک بر روی زمین نوپا بارید. گازهای حاصل از سحابی خورشیدی که در داخل سیاره به دام افتاده اند، در طی این برخورد منفجر شده و جو اولیه زمین را تشکیل می دهند که از نیتروژن، دی اکسید کربن و بخار آب تشکیل شده است.
گرمای آزاد شده در طول شکل گیری سیاره توسط لایه ای از ابرهای متراکم در جو اولیه حفظ می شود. "گازهای گلخانه ای" مانند دی اکسید کربن و بخار آب تابش گرما را به فضا متوقف می کنند. سطح زمین پر از دریایی جوشان از ماگمای مذاب است.
هنگامی که برخوردهای سیاره ای کمتر شد، زمین شروع به خنک شدن کرد و اقیانوس ها ظاهر شدند. بخار آب از ابرهای غلیظ متراکم می شود و باران که چندین سال طول می کشد، به تدریج مناطق پست را سیل می کند. بنابراین اولین دریاها ظاهر می شوند.
هوا با متراکم شدن بخار آب برای تشکیل اقیانوس ها تصفیه می شود. با گذشت زمان، دی اکسید کربن در آنها حل می شود و اکنون جو تحت سلطه نیتروژن است. به دلیل کمبود اکسیژن، لایه محافظ اوزون تشکیل نمی شود و پرتوهای فرابنفش خورشید بدون مانع به سطح زمین می رسد.
حیات در اقیانوس های باستانی در طی یک میلیارد سال اول ظاهر می شود. ساده ترین جلبک های سبز آبی توسط آب دریا از اشعه ماوراء بنفش محافظت می شود. آنها از نور خورشید و دی اکسید کربن برای تولید انرژی استفاده می کنند و اکسیژن را به عنوان یک محصول جانبی آزاد می کنند که به تدریج در جو شروع به انباشته شدن می کند.
میلیاردها سال بعد، جوی غنی از اکسیژن شکل می گیرد. واکنش های فتوشیمیایی در اتمسفر بالایی لایه نازکی از ازن ایجاد می کند که نور مضر فرابنفش را پراکنده می کند. زندگی اکنون می تواند از اقیانوس ها به خشکی سرازیر شود، جایی که تکامل موجودات پیچیده زیادی را تولید می کند.

میلیاردها سال پیش، یک لایه ضخیم از جلبک های اولیه شروع به آزاد کردن اکسیژن در جو کرد. آنها تا به امروز به شکل فسیل هایی به نام استروماتولیت زنده مانده اند.

منشا آتشفشانی

1. زمین باستانی و بدون هوا. 2. فوران گازها.

بر اساس این نظریه، آتشفشان ها به طور فعال در سطح سیاره جوان زمین فوران می کردند. جو اولیه احتمالاً زمانی شکل گرفته که گازهای محبوس شده در پوسته سیلیکونی سیاره از طریق آتشفشان ها خارج شده اند.

جو پوشش هوای زمین است. گسترش تا 3000 کیلومتر از سطح زمین. آثار آن را می توان تا ارتفاع 10000 کیلومتری ردیابی کرد. A. دارای چگالی ناهموار 50 5 جرم آن تا 5 کیلومتر، 75٪ - تا 10 کیلومتر، 90٪ - تا 16 کیلومتر متمرکز است.

جو از هوا تشکیل شده است - مخلوطی مکانیکی از چندین گاز.

نیتروژن(78%) در جو نقش یک رقیق کننده اکسیژن را ایفا می کند و سرعت اکسیداسیون و در نتیجه سرعت و شدت فرآیندهای بیولوژیکی را تنظیم می کند. نیتروژن عنصر اصلی جو زمین است که به طور مداوم با مواد زنده بیوسفر تبادل می کند و اجزای تشکیل دهنده آن ترکیبات نیتروژنی (اسیدهای آمینه، پورین ها و غیره) است. نیتروژن از طریق مسیرهای معدنی و بیوشیمیایی از اتمسفر استخراج می شود، اگرچه آنها ارتباط نزدیکی با یکدیگر دارند. استخراج غیر آلی با تشکیل ترکیبات آن N 2 O , N 2 O 5 , NO 2 , NH 3 همراه است. آنها در بارش یافت می شوند و در اتمسفر تحت تأثیر تخلیه های الکتریکی در هنگام رعد و برق یا واکنش های فتوشیمیایی تحت تأثیر تابش خورشیدی تشکیل می شوند.

تثبیت بیولوژیکی نیتروژن توسط برخی باکتری ها در همزیستی با گیاهان بالاتر در خاک انجام می شود. نیتروژن همچنین توسط برخی میکروارگانیسم های پلانکتون و جلبک ها در محیط دریایی تثبیت می شود. از نظر کمی، تثبیت بیولوژیکی نیتروژن از تثبیت معدنی آن بیشتر است. مبادله تمام نیتروژن در جو در حدود 10 میلیون سال اتفاق می افتد. نیتروژن در گازهای آتشفشانی و در سنگهای آذرین یافت می شود. هنگامی که نمونه های مختلف سنگ های کریستالی و شهاب سنگ ها گرم می شوند، نیتروژن به شکل مولکول های N 2 و NH 3 آزاد می شود. با این حال، شکل اصلی حضور نیتروژن، چه در زمین و چه در سیارات زمینی، مولکولی است. آمونیاک با ورود به جو فوقانی به سرعت اکسید می شود و نیتروژن آزاد می کند. در سنگهای رسوبی همراه با مواد آلی مدفون شده و به مقدار زیاد در رسوبات قیر یافت می شود. در طی دگرگونی منطقه ای این سنگ ها، نیتروژن به اشکال مختلف در جو زمین آزاد می شود.

چرخه نیتروژن ژئوشیمیایی (

اکسیژن(21%) توسط موجودات زنده برای تنفس استفاده می شود و بخشی از مواد آلی (پروتئین ها، چربی ها، کربوهیدرات ها) است. ازن O 3. تشعشعات مخرب ماوراء بنفش خورشید را به تاخیر می اندازد.

اکسیژن دومین گاز گسترده در جو است که نقش بسیار مهمی را در بسیاری از فرآیندهای زیست کره ایفا می کند. شکل غالب وجود آن O 2 است. در لایه های بالایی جو، تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش، تجزیه مولکول های اکسیژن رخ می دهد و در ارتفاع تقریباً 200 کیلومتری، نسبت اکسیژن اتمی به مولکولی (O: O 2) برابر با 10 می شود. اشکال اکسیژن در اتمسفر (در ارتفاع 20-30 کیلومتری)، یک کمربند ازن (صفحه ازن) برهم کنش دارند. ازن (O 3) برای موجودات زنده ضروری است و بیشتر پرتوهای فرابنفش خورشید را که برای آنها مضر است مسدود می کند.

در مراحل اولیه توسعه زمین، اکسیژن آزاد در مقادیر بسیار کم در نتیجه تفکیک نوری دی اکسید کربن و مولکول های آب در لایه های بالایی جو ظاهر شد. با این حال، این مقادیر کم به سرعت توسط اکسیداسیون گازهای دیگر مصرف شد. با ظهور موجودات فتوسنتزی اتوتروف در اقیانوس، وضعیت به طور قابل توجهی تغییر کرد. مقدار اکسیژن آزاد در اتمسفر به تدریج شروع به افزایش کرد و به طور فعال بسیاری از اجزای بیوسفر را اکسید کرد. بنابراین، اولین بخش‌های اکسیژن آزاد عمدتاً به انتقال اشکال آهنی آهن به اشکال اکسید و سولفیدها به سولفات کمک کردند.

در نهایت مقدار اکسیژن آزاد در جو زمین به جرم معینی رسید و به گونه ای متعادل شد که مقدار تولید شده برابر با مقدار جذب شد. یک محتوای ثابت نسبی از اکسیژن آزاد در جو ایجاد شده است.

چرخه اکسیژن ژئوشیمیایی (V.A. ورونسکی، جی.وی. ویتکویچ)

دی اکسید کربن، وارد تشکیل ماده زنده می شود و همراه با بخار آب به اصطلاح "اثر گلخانه ای (گلخانه ای)" را ایجاد می کند.

کربن (دی اکسید کربن) - بیشتر آن در جو به شکل CO 2 و بسیار کمتر به شکل CH 4 است. اهمیت تاریخ ژئوشیمیایی کربن در بیوسفر بسیار زیاد است، زیرا بخشی از همه موجودات زنده است. در موجودات زنده، اشکال کاهش یافته کربن غالب است، و در محیط زیست کره، اشکال اکسید شده غالب است. بنابراین، تبادل شیمیایی چرخه زندگی برقرار می شود: CO 2 ↔ ماده زنده.

منبع دی اکسید کربن اولیه در بیوسفر فعالیت های آتشفشانی است که با گاززدایی سکولار گوشته و افق های زیرین پوسته زمین مرتبط است. بخشی از این دی اکسید کربن در طی تجزیه حرارتی سنگ های آهکی باستانی در مناطق مختلف دگرگونی به وجود می آید. مهاجرت CO 2 در بیوسفر به دو صورت اتفاق می افتد.

روش اول در جذب CO 2 در طول فتوسنتز با تشکیل مواد آلی و دفن بعدی در شرایط احیای مطلوب در لیتوسفر به شکل ذغال سنگ نارس، زغال سنگ، نفت و شیل نفتی بیان می شود. طبق روش دوم، مهاجرت کربن منجر به ایجاد یک سیستم کربناته در هیدروسفر می شود، جایی که CO 2 به H 2 CO 3، HCO 3 -1، CO 3 -2 تبدیل می شود. سپس، با مشارکت کلسیم (به طور معمول منیزیم و آهن)، کربنات ها از طریق مسیرهای بیوژنیک و بیوژنیک رسوب می کنند. لایه های ضخیم سنگ آهک و دولومیت ظاهر می شود. به گفته A.B. Ronov، نسبت کربن آلی (Corg) به کربن کربناته (Ccarb) در تاریخ زیست کره 1:4 بود.

همراه با چرخه جهانی کربن، تعدادی چرخه کربن کوچک نیز وجود دارد. بنابراین، گیاهان سبز در خشکی، CO2 را برای فرآیند فتوسنتز در طول روز جذب می کنند و در شب آن را در جو آزاد می کنند. با مرگ موجودات زنده در سطح زمین، اکسیداسیون مواد آلی (با مشارکت میکروارگانیسم ها) با انتشار CO 2 در جو اتفاق می افتد. در دهه های اخیر، احتراق گسترده سوخت های فسیلی و افزایش محتوای آن در جو مدرن، جایگاه ویژه ای در چرخه کربن به خود اختصاص داده است.

چرخه کربن در پوشش جغرافیایی (طبق نظر F. Ramad, 1981)

آرگون- سومین گاز گسترده جوی که به شدت آن را از سایر گازهای بی اثر بسیار پراکنده متمایز می کند. با این حال، آرگون در تاریخ زمین شناسی خود سرنوشت این گازها را دارد که با دو ویژگی مشخص می شود:

برگشت ناپذیری تجمع آنها در جو؛
ارتباط نزدیک با واپاشی رادیواکتیو ایزوتوپ های ناپایدار خاص.

گازهای بی اثر خارج از چرخه اکثر عناصر حلقوی در بیوسفر زمین هستند.

همه گازهای بی اثر را می توان به اولیه و پرتوزا تقسیم کرد. موارد اولیه شامل مواردی است که در طول دوره شکل گیری آن توسط زمین اسیر شده است. آنها بسیار نادر هستند. بخش اولیه آرگون عمدتاً توسط ایزوتوپ‌های 36 Ar و 38 Ar نشان داده می‌شود، در حالی که آرگون اتمسفر کاملاً از ایزوتوپ 40 Ar (99.6٪) تشکیل شده است که بدون شک پرتوزا است. در سنگ‌های حاوی پتاسیم، تجمع آرگون رادیوژنیک به دلیل فروپاشی پتاسیم-40 از طریق جذب الکترون رخ داده و همچنان ادامه دارد: 40 K + e → 40 Ar.

بنابراین میزان آرگون در سنگ ها با توجه به سن و میزان پتاسیم آنها تعیین می شود. تا این حد، غلظت هلیوم در سنگها تابعی از سن و میزان توریم و اورانیوم آنها است. آرگون و هلیوم از روده های زمین در هنگام فوران های آتشفشانی، از طریق شکاف های پوسته زمین به شکل جت های گاز و همچنین در هنگام هوازدگی سنگ ها به جو آزاد می شوند. بر اساس محاسبات انجام شده توسط P.Dimon و J.Culp، هلیوم و آرگون در دوران مدرن در پوسته زمین تجمع می یابند و در مقادیر نسبتاً کمی وارد جو می شوند. سرعت ورود این گازهای پرتوزا به حدی کم است که در طول تاریخ زمین شناسی زمین نتوانسته از محتوای مشاهده شده آنها در جو مدرن اطمینان حاصل کند. بنابراین، باید فرض شود که بیشتر آرگون موجود در اتمسفر در مراحل اولیه توسعه آن از داخل زمین آمده است و پس از آن در طی فرآیند آتشفشانی و در طی هوازدگی سنگ های حاوی پتاسیم به آن اضافه شده است. .

بنابراین، در طول زمان زمین شناسی، هلیوم و آرگون فرآیندهای مهاجرت متفاوتی داشته اند. هلیوم بسیار کمی در جو وجود دارد (حدود 5 * 10-4٪) و "تنفس هلیوم" زمین سبک تر بود، زیرا به عنوان سبک ترین گاز، به فضای بیرونی تبخیر شد. و "تنفس آرگون" سنگین بود و آرگون در مرزهای سیاره ما باقی ماند. بیشتر گازهای نجیب اولیه، مانند نئون و زنون، با نئون اولیه که توسط زمین در طول شکل‌گیری آن گرفته شده بود، و همچنین با انتشار در هنگام گاززدایی گوشته در جو مرتبط بودند. کل داده های مربوط به ژئوشیمی گازهای نجیب نشان می دهد که اتمسفر اولیه زمین در مراحل اولیه توسعه آن به وجود آمده است.

جو شامل بخار آبو ابدر حالت مایع و جامد. آب موجود در جو یک انباشته کننده حرارت مهم است.

لایه های زیرین جو حاوی مقدار زیادی گرد و غبار معدنی و فن آوری و ذرات معلق در هوا، محصولات احتراق، نمک ها، هاگ ها و گرده ها و غیره است.

تا ارتفاع 100-120 کیلومتری به دلیل اختلاط کامل هوا، ترکیب جو همگن است. نسبت نیتروژن و اکسیژن ثابت است. در بالا، گازهای بی اثر، هیدروژن و غیره غالب هستند در لایه های پایینی جو بخار آب وجود دارد. با فاصله گرفتن از زمین محتوای آن کاهش می یابد. نسبت گازها بیشتر تغییر می کند، به عنوان مثال، در ارتفاع 200-800 کیلومتری، اکسیژن 10-100 برابر بر نیتروژن غالب است.

ضخامت جو تقریباً 120 کیلومتر از سطح زمین است. مجموع جرم هوا در جو (5.1-5.3) 10 18 کیلوگرم است. از این تعداد، جرم هوای خشک 5.1352 ± 0.0003 10 18 کیلوگرم است، جرم کل بخار آب به طور متوسط 1.27 1016 کیلوگرم است.

تروپوپوز

لایه گذار از تروپوسفر به استراتوسفر، لایه ای از جو که در آن کاهش دما با ارتفاع متوقف می شود.

استراتوسفر

لایه ای از جو که در ارتفاع 11 تا 50 کیلومتری قرار دارد. با تغییر جزئی دما در لایه 11-25 کیلومتری (لایه پایین تر استراتوسفر) و افزایش دما در لایه 25-40 کیلومتری از -56.5 به 0.8 درجه (لایه بالایی استراتوسفر یا منطقه وارونگی) مشخص می شود. با رسیدن به مقدار حدود 273 کلوین (تقریبا 0 درجه سانتیگراد) در ارتفاع حدود 40 کیلومتری، دما تا ارتفاع حدود 55 کیلومتری ثابت می ماند. این ناحیه با دمای ثابت استراتوپوز نامیده می شود و مرز بین استراتوسفر و مزوسفر است.

استراتوپوز

لایه مرزی جو بین استراتوسفر و مزوسفر. در توزیع عمودی دما حداکثر (حدود 0 درجه سانتیگراد) وجود دارد.

مزوسفر

اتمسفر زمین

مرز جو زمین

ترموسفر

حد بالایی حدود 800 کیلومتر است. درجه حرارت تا ارتفاعات 200-300 کیلومتر افزایش می یابد، جایی که به مقادیری در حد 1500 کلوین می رسد، پس از آن تقریباً تا ارتفاعات بالا ثابت می ماند. تحت تأثیر تابش خورشیدی فرابنفش و اشعه ایکس و تابش کیهانی، یونیزاسیون هوا ("شفق قطبی") رخ می دهد - مناطق اصلی یونوسفر در داخل ترموسفر قرار دارند. در ارتفاعات بالای 300 کیلومتر، اکسیژن اتمی غالب است. حد بالایی ترموسفر تا حد زیادی توسط فعالیت فعلی خورشید تعیین می شود. در دوره های فعالیت کم - به عنوان مثال، در سال 2008-2009 - کاهش قابل توجهی در اندازه این لایه وجود دارد.

ترموپوز

منطقه جو در مجاورت ترموسفر. در این منطقه، جذب تابش خورشیدی ناچیز است و دما در واقع با ارتفاع تغییر نمی کند.

اگزوسفر (کره پراکنده)

تا ارتفاع 100 کیلومتری، جو مخلوطی همگن و مخلوط از گازها است. در لایه‌های بالاتر، توزیع گازها بر اساس ارتفاع به وزن مولکولی آنها بستگی دارد. به دلیل کاهش چگالی گاز، دما از 0 درجه سانتیگراد در استراتوسفر به 110- درجه سانتیگراد در مزوسفر کاهش می یابد. با این حال، انرژی جنبشی ذرات منفرد در ارتفاعات 200-250 کیلومتری با دمای ~150 درجه سانتیگراد مطابقت دارد. در بالای 200 کیلومتر، نوسانات قابل توجهی در دما و چگالی گاز در زمان و مکان مشاهده می شود.

در ارتفاع حدود 2000-3500 کیلومتری، اگزوسفر به تدریج تبدیل به به اصطلاح نزدیک خلاء فضاییکه با ذرات بسیار کمیاب گاز بین سیاره ای، عمدتاً اتم های هیدروژن پر شده است. اما این گاز تنها بخشی از ماده بین سیاره ای را نشان می دهد. بخش دیگر شامل ذرات غبار با منشاء دنباله‌دار و شهاب‌سنگ است. علاوه بر ذرات غبار بسیار کمیاب، تشعشعات الکترومغناطیسی و هسته‌ای با منشاء خورشیدی و کهکشانی به این فضا نفوذ می‌کنند.

بسته به ترکیب گاز موجود در جو، آنها منتشر می کنند هموسفرو هتروسفر. هتروسفر- این منطقه ای است که گرانش بر جداسازی گازها تأثیر می گذارد، زیرا اختلاط آنها در چنین ارتفاعی ناچیز است. این به معنای ترکیب متغیر هتروسفر است. در زیر آن یک بخش کاملاً مخلوط و همگن از جو قرار دارد که هموسفر نامیده می شود. مرز بین این لایه ها توربوپاوز نامیده می شود که در ارتفاع حدود 120 کیلومتری قرار دارد.

خصوصیات فیزیولوژیکی و سایر خواص جو

در حال حاضر در ارتفاع 5 کیلومتری از سطح دریا، یک فرد آموزش ندیده شروع به تجربه گرسنگی اکسیژن می کند و بدون سازگاری، عملکرد فرد به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. منطقه فیزیولوژیکی جو در اینجا به پایان می رسد. تنفس انسان در ارتفاع 9 کیلومتری غیرممکن می شود، اگرچه تا 115 کیلومتری جو حاوی اکسیژن است.

در لایه های کمیاب هوا، انتشار صدا غیرممکن است. تا ارتفاع 60 تا 90 کیلومتری همچنان می توان از مقاومت هوا و بالابر برای پرواز آیرودینامیکی کنترل شده استفاده کرد. اما با شروع از ارتفاعات 100-130 کیلومتری، مفاهیم عدد M و دیوار صوتی، آشنا برای هر خلبان، معنای خود را از دست می دهند: از آنجا خط معمولی کارمان می گذرد، که فراتر از آن منطقه پرواز صرفا بالستیک آغاز می شود، که فقط می تواند با استفاده از نیروهای واکنشی کنترل شود.

در ارتفاعات بالای 100 کیلومتر، جو از ویژگی قابل توجه دیگری محروم می شود - توانایی جذب، هدایت و انتقال انرژی حرارتی به وسیله همرفت (یعنی با مخلوط کردن هوا). این بدان معنی است که عناصر مختلف تجهیزات در ایستگاه فضایی مداری نمی توانند از بیرون به همان روشی که معمولاً در هواپیما انجام می شود - با کمک جت های هوا و رادیاتورهای هوا - خنک شوند. در این ارتفاع، مانند فضا به طور کلی، تنها راه انتقال گرما، تابش حرارتی است.

تاریخچه تشکیل اتمسفر

بر اساس رایج ترین نظریه، جو زمین در طول زمان دارای سه ترکیب مختلف بوده است. در ابتدا شامل گازهای سبک (هیدروژن و هلیوم) بود که از فضای بین سیاره ای گرفته می شد. این به اصطلاح است جو اولیه(حدود چهار میلیارد سال پیش). در مرحله بعد، فعالیت فعال آتشفشانی منجر به اشباع شدن جو با گازهایی غیر از هیدروژن (دی اکسید کربن، آمونیاک، بخار آب) شد. اینگونه شکل گرفت جو ثانویه(حدود سه میلیارد سال قبل از امروز). این فضا ترمیم کننده بود. علاوه بر این، فرآیند تشکیل اتمسفر توسط عوامل زیر تعیین شد:

نشت گازهای سبک (هیدروژن و هلیوم) به فضای بین سیاره ای؛
واکنش های شیمیایی که در جو تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش، تخلیه رعد و برق و برخی عوامل دیگر رخ می دهد.

نیتروژن

تشکیل مقدار زیادی نیتروژن N2 به دلیل اکسیداسیون جو آمونیاک-هیدروژن توسط اکسیژن مولکولی O2 است که در نتیجه فتوسنتز از 3 میلیارد سال پیش از سطح سیاره شروع به بیرون آمدن کرد. نیتروژن N2 نیز در نتیجه نیترات زدایی نیترات ها و سایر ترکیبات حاوی نیتروژن در جو آزاد می شود. نیتروژن در اتمسفر فوقانی توسط ازن به NO اکسید می شود.

نیتروژن N 2 فقط در شرایط خاص (مثلاً در هنگام تخلیه رعد و برق) واکنش نشان می دهد. اکسیداسیون نیتروژن مولکولی توسط ازن در هنگام تخلیه الکتریکی به مقدار کم در تولید صنعتی کودهای نیتروژنی استفاده می شود. سیانوباکتری ها (جلبک های سبز آبی) و باکتری های گره ای که همزیستی ریزوبی با گیاهان حبوبات را تشکیل می دهند، به اصطلاح، می توانند با مصرف کم انرژی آن را اکسید کرده و به شکل فعال بیولوژیکی تبدیل کنند. کود کشاورزی سبز.

اکسیژن

ترکیب جو با ظهور موجودات زنده روی زمین، در نتیجه فتوسنتز، همراه با آزاد شدن اکسیژن و جذب دی اکسید کربن، شروع به تغییر اساسی کرد. در ابتدا، اکسیژن برای اکسیداسیون ترکیبات احیا شده - آمونیاک، هیدروکربن ها، شکل آهنی آهن موجود در اقیانوس ها و غیره صرف شد. در پایان این مرحله، محتوای اکسیژن در جو شروع به افزایش کرد. به تدریج فضایی مدرن با خواص اکسید کننده شکل گرفت. از آنجایی که این امر باعث تغییرات جدی و ناگهانی در بسیاری از فرآیندهای رخ داده در جو، لیتوسفر و بیوسفر شد، این رویداد را فاجعه اکسیژن نامیدند.

گازهای نجیب

آلودگی هوا

اخیراً، انسان شروع به تأثیرگذاری بر تکامل جو کرده است. نتیجه فعالیت های او افزایش مداوم و قابل توجهی در محتوای دی اکسید کربن در جو به دلیل احتراق سوخت های هیدروکربنی انباشته شده در دوره های زمین شناسی قبلی بود. مقادیر زیادی CO 2 در طول فتوسنتز مصرف می شود و توسط اقیانوس های جهان جذب می شود. این گاز به دلیل تجزیه سنگ های کربناته و مواد آلی با منشاء گیاهی و حیوانی و همچنین در اثر فعالیت های آتشفشانی و صنعتی انسان وارد جو می شود. در طول 100 سال گذشته، محتوای CO2 در جو 10٪ افزایش یافته است که بخش عمده آن (360 میلیارد تن) از احتراق سوخت ناشی می شود. اگر نرخ رشد احتراق سوخت ادامه یابد، در 200-300 سال آینده میزان CO 2 در جو دو برابر خواهد شد و می تواند منجر به تغییرات آب و هوایی جهانی شود.

احتراق سوخت منبع اصلی گازهای آلاینده (CO، SO2) است. دی اکسید گوگرد توسط اکسیژن اتمسفر به SO 3 در لایه های بالایی اتمسفر اکسید می شود که به نوبه خود با آب و بخار آمونیاک و اسید سولفوریک حاصله (H2SO4) و سولفات آمونیوم ((NH4)2SO4 برهمکنش می کند. ) به صورت به اصطلاح به سطح زمین بازگردانده می شوند. باران اسیدی. استفاده از موتورهای احتراق داخلی منجر به آلودگی جوی قابل توجهی با اکسیدهای نیتروژن، هیدروکربن ها و ترکیبات سرب می شود (تترااتیل سرب Pb(CH 3 CH 2) 4)).

همچنین ببینید

جاکیا (مدل اتمسفر)

یادداشت

پیوندها

ادبیات

V. V. Parin، F. P. Kosmolinsky، B. A. Dushkov"زیست شناسی فضایی و پزشکی" (ویرایش دوم، تجدید نظر شده و توسعه یافته)، M.: "Prosveshcheniye"، 1975، 223 pp.
N. V. Gusakova"شیمی محیطی"، روستوف-آن-دان: فینیکس، 2004، 192 با ISBN 5-222-05386-5
سوکولوف V. A.ژئوشیمی گازهای طبیعی، م.، 1971;
مک ایون ام.، فیلیپس ال.شیمی اتمسفر، م.، 1978;
وارک ک.، وارنر اس.آلودگی هوا. منابع و کنترل، ترجمه. از انگلیسی، M.. 1980;
پایش آلودگی پس زمینه محیط های طبیعی. V. 1، L.، 1982.

زمین
تاریخچه زمین	عصر زمین تاریخچه زمین شناسی زمین مقیاس ژئوکرونولوژیک تاریخچه حیات در زمین یخبندان زمین پارادوکس خورشید جوان ضعیف نظریه ضربه غول پیکر گاهشماری تکامل
جغرافیا و زمین شناسی	استرالیا آسیا قطب جنوب آفریقا اروپا آمریکای شمالی آمریکای جنوبی اقیانوس اطلس اقیانوس هند اقیانوس منجمد شمالی

جو مخلوطی از گازهای مختلف است. از سطح زمین تا ارتفاع 900 کیلومتری امتداد می یابد و از سیاره در برابر طیف مضر تابش خورشیدی محافظت می کند و حاوی گازهای لازم برای تمام حیات روی این سیاره است. جو گرمای خورشید را به دام می اندازد و سطح زمین را گرم می کند و آب و هوای مطلوبی ایجاد می کند.

ترکیب اتمسفر

جو زمین عمدتاً از دو گاز - نیتروژن (78٪) و اکسیژن (21٪) تشکیل شده است. علاوه بر این، حاوی ناخالصی های دی اکسید کربن و سایر گازها است. در جو به شکل بخار، قطرات رطوبت در ابرها و بلورهای یخ وجود دارد.

لایه های جو

جو از لایه های زیادی تشکیل شده است که هیچ مرز مشخصی بین آنها وجود ندارد. دمای لایه های مختلف به طور قابل توجهی با یکدیگر متفاوت است.

مگنتوسفر بدون هوا اینجاست که بیشتر ماهواره های زمین در خارج از جو زمین پرواز می کنند. اگزوسفر (450-500 کیلومتر از سطح). تقریبا بدون گاز. برخی از ماهواره های هواشناسی در اگزوسفر پرواز می کنند. ترموسفر (80-450 کیلومتر) با درجه حرارت بالا مشخص می شود که در لایه بالایی به 1700 درجه سانتیگراد می رسد. مزوسفر (50-80 کیلومتر). در این منطقه با افزایش ارتفاع، دما کاهش می یابد. اینجاست که بیشتر شهاب سنگ ها (قطعاتی از سنگ های فضایی) که وارد جو می شوند می سوزند. استراتوسفر (15-50 کیلومتر). حاوی لایه ازن، یعنی لایه ای از ازن که تابش فرابنفش خورشید را جذب می کند. این باعث می شود دمای نزدیک به سطح زمین افزایش یابد. هواپیماهای جت معمولاً اینجا پرواز می کنند زیرا دید در این لایه بسیار خوب است و تقریبا هیچ تداخلی ناشی از شرایط آب و هوایی وجود ندارد. تروپوسفر. ارتفاع آن از 8 تا 15 کیلومتر از سطح زمین متغیر است. در اینجا است که آب و هوای سیاره شکل می گیرد، زیرا در این لایه حاوی بیشترین بخار آب، گرد و غبار و باد است. دما با فاصله گرفتن از سطح زمین کاهش می یابد.

فشار اتمسفر

اگرچه ما آن را احساس نمی کنیم، اما لایه هایی از جو بر سطح زمین فشار وارد می کنند. در نزدیکی سطح بالاترین سطح است و با دور شدن از آن به تدریج کاهش می یابد. این بستگی به تفاوت دمای بین خشکی و اقیانوس دارد و بنابراین در مناطقی که در همان ارتفاع از سطح دریا قرار دارند، اغلب فشارهای متفاوتی وجود دارد. فشار کم آب و هوای مرطوب را به ارمغان می آورد، در حالی که فشار بالا معمولاً هوای صاف را به ارمغان می آورد.

حرکت توده های هوا در جو

و فشارها لایه های پایینی جو را مجبور به مخلوط شدن می کنند. بادهایی که از مناطق پرفشار به نواحی کم فشار می وزند به این صورت است. در بسیاری از مناطق، بادهای محلی نیز به دلیل تفاوت درجه حرارت بین خشکی و دریا به وجود می آیند. کوه ها نیز تأثیر بسزایی در جهت بادها دارند.

اثر گلخانه ای

دی اکسید کربن و سایر گازهایی که جو زمین را تشکیل می دهند گرمای خورشید را به دام می اندازند. این فرآیند معمولاً اثر گلخانه ای نامیده می شود، زیرا از بسیاری جهات یادآور گردش گرما در گلخانه ها است. اثر گلخانه ای باعث گرم شدن کره زمین در کره زمین می شود. در مناطق پرفشار - پاد سیکلون - هوای آفتابی صاف غروب می کند. مناطق کم فشار - طوفان - معمولاً هوای ناپایدار را تجربه می کنند. گرما و نور وارد جو می شود. گازها گرمای منعکس شده از سطح زمین را به دام می اندازند و در نتیجه باعث افزایش دما در زمین می شوند.

لایه اوزون خاصی در استراتوسفر وجود دارد. ازن بیشتر تابش فرابنفش خورشید را مسدود می کند و از زمین و تمام حیات روی آن در برابر آن محافظت می کند. دانشمندان دریافته اند که علت تخریب لایه اوزون گازهای دی اکسید کلروفلوئوروکربن ویژه موجود در برخی از آئروسل ها و تجهیزات تبرید است. بر فراز قطب شمال و قطب جنوب، حفره های عظیمی در لایه اوزون کشف شده است که به افزایش میزان تشعشعات فرابنفش مؤثر بر سطح زمین کمک می کند.

ازن در اتمسفر پایین در نتیجه بین تشعشعات خورشیدی و دودهای خروجی مختلف و گازها تشکیل می شود. معمولاً در سراسر جو پراکنده می شود، اما اگر یک لایه بسته از هوای سرد زیر یک لایه هوای گرم تشکیل شود، ازن متمرکز شده و مه دود ایجاد می شود. متأسفانه، این نمی تواند جایگزین ازن از دست رفته در سوراخ های ازن شود.

در این عکس ماهواره ای سوراخی در لایه اوزون بر فراز قطب جنوب به وضوح قابل مشاهده است. اندازه سوراخ متفاوت است، اما دانشمندان معتقدند که به طور مداوم در حال رشد است. تلاش هایی برای کاهش سطح گازهای خروجی در جو انجام می شود. آلودگی هوا باید کاهش یابد و از سوخت های بدون دود در شهرها استفاده شود. دود برای بسیاری از افراد باعث تحریک چشم و خفگی می شود.

پیدایش و تکامل جو زمین

جو مدرن زمین نتیجه تکامل طولانی مدت است. این در نتیجه اقدامات ترکیبی عوامل زمین شناسی و فعالیت حیاتی موجودات به وجود آمد. در طول تاریخ زمین شناسی، جو زمین دستخوش چندین تغییر عمیق شده است. بر اساس داده های زمین شناسی و مقدمات نظری، جو اولیه زمین جوان، که حدود 4 میلیارد سال پیش وجود داشته است، می تواند از مخلوطی از گازهای بی اثر و نجیب با مقدار کمی نیتروژن غیر فعال تشکیل شده باشد (N.A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987؛ O. G. Sorokhtin, 1991, 1993 در حال حاضر 4.2 میلیارد سال است که از ترکیب متان و دی اکسید کربن تشکیل شده است گاز زدایی گوشته و فرآیندهای هوازدگی فعال در سطح زمین، بخار آب، ترکیبات کربن به شکل CO 2 و CO، گوگرد و ترکیبات آن شروع به ورود به اتمسفر و همچنین اسیدهای هالوژن قوی - HCI، HF کردند HI و اسید بوریک که توسط متان، آمونیاک، هیدروژن، آرگون و برخی دیگر از گازهای نجیب موجود در جو تکمیل می شدند. بنابراین، دمای سطح زمین نزدیک به دمای تعادل تابشی بود (A. S. Monin، 1977).

با گذشت زمان، ترکیب گاز اتمسفر اولیه تحت تأثیر فرآیندهای هوازدگی سنگ های بیرون زده روی سطح زمین، فعالیت سیانوباکتری ها و جلبک های سبز آبی، فرآیندهای آتشفشانی و عمل نور خورشید شروع به تغییر کرد. این منجر به تجزیه متان به دی اکسید کربن، آمونیاک به نیتروژن و هیدروژن شد. دی اکسید کربن که به آرامی به سطح زمین فرو رفت و نیتروژن شروع به تجمع در جو ثانویه کرد. به لطف فعالیت حیاتی جلبک های سبز آبی، اکسیژن در فرآیند فتوسنتز شروع به تولید کرد، اما در ابتدا عمدتاً صرف "اکسیداسیون گازهای جوی و سپس سنگ ها" شد. در همان زمان، آمونیاک اکسید شده به نیتروژن مولکولی، شروع به تجمع شدید در جو کرد. فرض بر این است که مقدار قابل توجهی از نیتروژن در جو مدرن باقی مانده است. متان و مونوکسید کربن به دی اکسید کربن اکسید شدند. گوگرد و سولفید هیدروژن به SO 2 و SO 3 اکسید شدند که به دلیل تحرک و سبکی زیاد، به سرعت از جو حذف شدند. بنابراین، جو ناشی از یک جو کاهنده، همانطور که در دوره آرکئن و پروتروزوییک اولیه بود، به تدریج به یک اتمسفر اکسید کننده تبدیل شد.

دی اکسید کربن هم در نتیجه اکسیداسیون متان و هم در نتیجه گاززدایی گوشته و هوازدگی سنگ ها وارد جو شد. در صورتی که تمام دی اکسید کربن آزاد شده در کل تاریخ زمین در اتمسفر حفظ شود، فشار جزئی آن در حال حاضر می تواند مانند زهره شود (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). اما روی زمین روند معکوس در کار بود. بخش قابل توجهی از دی اکسید کربن اتمسفر در هیدروسفر حل شد که در آن توسط هیدروبیونت ها برای ساختن پوسته هایشان استفاده شد و به طور بیوژنیک به کربنات تبدیل شد. متعاقبا لایه های ضخیمی از کربنات های شیمیایی و آلی از آنها تشکیل شد.

اکسیژن از سه منبع وارد جو شد. برای مدت طولانی، از لحظه ای که زمین ظاهر شد، در جریان گاز زدایی از گوشته آزاد شد و عمدتاً در فرآیندهای اکسیداتیو صرف شد. ظواهر؛ اکسیژن آزاد در جو منجر به مرگ بیشتر پروکاریوت هایی شد که در شرایط کاهشی زندگی می کردند. موجودات پروکاریوتی زیستگاه خود را تغییر دادند. آنها سطح زمین را در اعماق و مناطقی که شرایط بازیابی هنوز در آنجا باقی مانده بود، رها کردند. یوکاریوت ها جایگزین آنها شدند، که شروع به تبدیل انرژیک دی اکسید کربن به اکسیژن کردند.

در طول دوره آرکئن و بخش قابل توجهی از پروتروزوئیک، تقریباً تمام اکسیژن حاصل از هر دو روش بیوژنیک و بیوژنیک عمدتاً صرف اکسیداسیون آهن و گوگرد می شد. در پایان پروتروزوئیک، تمام آهن های دو ظرفیتی فلزی واقع در سطح زمین یا اکسید شده یا به درون هسته زمین حرکت کردند. این باعث شد که فشار جزئی اکسیژن در جو پروتروزوییک اولیه تغییر کند.

در اواسط پروتروزوییک، غلظت اکسیژن در جو به نقطه ژوری رسید و به 0.01٪ از سطح مدرن رسید. از این زمان، اکسیژن شروع به انباشته شدن در جو کرد و احتمالاً در پایان ریفین محتوای آن به نقطه پاستور (0.1٪ از سطح مدرن) رسیده است. این احتمال وجود دارد که لایه اوزون در دوره وندیان ظاهر شده و دیگر هرگز ناپدید نشده باشد.

ظهور اکسیژن آزاد در اتمسفر زمین، تکامل حیات را تحریک کرد و منجر به پیدایش اشکال جدیدی با متابولیسم پیشرفته‌تر شد. اگر جلبک‌های تک سلولی یوکاریوتی و سیانیا که در ابتدای پروتروزوئیک ظاهر شدند، تنها به 3-10 درصد از غلظت امروزی آن نیاز به اکسیژن در آب داشتند، پس با ظهور متازوآهای غیراسکلتی در پایان وندیان اولیه، یعنی حدود 650 میلیون سال پیش، غلظت اکسیژن در جو باید به طور قابل توجهی بالاتر باشد. از این گذشته، Metazoa از تنفس اکسیژن استفاده کرد و این مستلزم آن بود که فشار جزئی اکسیژن به یک سطح بحرانی برسد - نقطه پاستور. در این مورد، فرآیند تخمیر بی‌هوازی با یک متابولیسم اکسیژن امیدوارکننده‌تر و پیشرونده‌تر جایگزین شد.

پس از این، تجمع بیشتر اکسیژن در جو زمین بسیار سریع اتفاق افتاد. افزایش تدریجی حجم جلبک های سبز آبی به دستیابی به سطح اکسیژن لازم برای حمایت از زندگی دنیای حیوانات در جو کمک کرد. تثبیت خاصی از محتوای اکسیژن در جو از لحظه ای که گیاهان به زمین رسیدند - تقریباً 450 میلیون سال پیش - رخ داد. ظهور گیاهان در خشکی، که در دوره سیلورین رخ داد، منجر به تثبیت نهایی سطح اکسیژن در جو شد. از آن زمان به بعد، غلظت آن در محدوده های نسبتاً باریکی در نوسان بود و هرگز از محدودیت های وجود زندگی فراتر نمی رفت. غلظت اکسیژن در جو از زمان ظهور گیاهان گلدار به طور کامل تثبیت شده است. این رویداد در اواسط دوره کرتاسه، یعنی. حدود 100 میلیون سال پیش

بخش عمده ای از نیتروژن در مراحل اولیه توسعه زمین، عمدتا به دلیل تجزیه آمونیاک، تشکیل شد. با ظهور موجودات، فرآیند اتصال نیتروژن جو به مواد آلی و دفن آن در رسوبات دریایی آغاز شد. پس از رسیدن ارگانیسم ها به خشکی، نیتروژن شروع به دفن در رسوبات قاره ای کرد. فرآیندهای پردازش نیتروژن آزاد به ویژه با ظهور گیاهان زمینی تشدید شد.

در نوبت کریپتوزوئیک و فانوزوئیک، یعنی حدود 650 میلیون سال پیش، محتوای دی اکسید کربن در اتمسفر به یک دهم درصد کاهش یافت و اخیراً، تقریباً 10 تا 20 میلیون سال، به مقداری نزدیک به سطح مدرن رسیده است. پیش.

بنابراین، ترکیب گاز اتمسفر نه تنها فضای زندگی را برای موجودات فراهم می کرد، بلکه ویژگی های فعالیت زندگی آنها را تعیین کرد و به سکونت و تکامل کمک کرد. اختلالات نوظهور در توزیع ترکیب گاز جو برای موجودات مطلوب، هم به دلایل کیهانی و هم به دلایل سیاره ای، منجر به انقراض دسته جمعی جهان آلی شد که بارها و بارها در طول کریپتوزوئیک و در مرزهای خاصی از تاریخ فانروزوئیک رخ داد.

توابع قومی اتمسفر

جو زمین مواد، انرژی لازم را فراهم می کند و جهت و سرعت فرآیندهای متابولیک را تعیین می کند. ترکیب گاز جو مدرن برای وجود و توسعه حیات بهینه است. به عنوان منطقه ای که آب و هوا و اقلیم در آن شکل می گیرد، جو باید شرایط راحتی را برای زندگی مردم، حیوانات و پوشش گیاهی ایجاد کند. انحراف در یک جهت یا جهت دیگر در کیفیت هوای جوی و شرایط آب و هوایی شرایط شدیدی را برای زندگی گیاهان و جانوران از جمله انسان ایجاد می کند.

جو زمین نه تنها شرایط موجودیت بشر را فراهم می کند، بلکه عامل اصلی تکامل قوم کره است. در عین حال، معلوم می شود که منبع انرژی و مواد خام برای تولید است. به طور کلی اتمسفر عاملی است که سلامت انسان را حفظ می کند و برخی از مناطق به دلیل شرایط فیزیکی-جغرافیایی و کیفیت هوای جوی به عنوان مناطق تفریحی و مناطقی برای درمان و تفریح مردم آسایشگاه- تفرجگاه در نظر گرفته شده است. بنابراین، فضا عامل تأثیرگذاری زیبایی شناختی و احساسی است.

توابع قوم‌کره و تکنوسفر جو که اخیراً تعریف شده‌اند (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001) نیاز به مطالعه مستقل و عمیق دارند. بنابراین، مطالعه توابع انرژی اتمسفر، هم از نقطه نظر وقوع و عملکرد فرآیندهایی که به محیط زیست آسیب می رسانند و هم از نقطه نظر تأثیر بر سلامت و رفاه مردم بسیار مرتبط است. در این مورد، ما در مورد انرژی طوفان ها و پادسیکلون ها، گرداب های جوی، فشار اتمسفر و سایر پدیده های شدید جوی صحبت می کنیم که استفاده موثر از آنها به حل موفقیت آمیز مشکل دستیابی به منابع انرژی جایگزین که آلودگی را ایجاد نمی کنند کمک می کند. محیط. به هر حال، محیط هوا، به ویژه آن قسمت از آن که در بالای اقیانوس جهانی قرار دارد، منطقه ای است که در آن مقدار عظیمی از انرژی آزاد آزاد می شود.

به عنوان مثال، مشخص شده است که طوفان های استوایی با قدرت متوسط انرژی معادل انرژی 500 هزار بمب اتمی را که فقط در یک روز بر روی هیروشیما و ناکازاکی انداخته شده است، آزاد می کنند. در 10 روز از وجود چنین طوفانی انرژی به اندازه ای آزاد می شود که برای 600 سال تمام نیازهای انرژی کشوری مانند آمریکا را تامین کند.

در سال‌های اخیر، آثار زیادی از دانشمندان علوم طبیعی منتشر شده است که به نوعی به جنبه‌های مختلف فعالیت و تأثیر جو بر فرآیندهای زمینی می‌پردازند که نشان‌دهنده تشدید تعاملات میان رشته‌ای در علوم طبیعی مدرن است. در عین حال، نقش یکپارچه برخی از جهات آن آشکار می شود که در این میان باید به جهت عملکردی-اکولوژیکی در ژئواکولوژی اشاره کرد.

این جهت باعث تحریک تجزیه و تحلیل و تعمیم نظری در مورد عملکردهای اکولوژیکی و نقش سیاره ای ژئوسفرهای مختلف می شود و این به نوبه خود یک پیش نیاز مهم برای توسعه روش شناسی و مبانی علمی برای مطالعه جامع سیاره ما، استفاده منطقی و حفاظت از سیاره ما است. منابع طبیعی آن

جو زمین از چندین لایه تشکیل شده است: تروپوسفر، استراتوسفر، مزوسفر، ترموسفر، یونوسفر و اگزوسفر. در بالای تروپوسفر و پایین استراتوسفر یک لایه غنی شده با ازن وجود دارد که به آن سپر ازن می گویند. الگوهای خاصی (روزانه، فصلی، سالانه و غیره) در توزیع ازن ایجاد شده است. جو از زمان پیدایش خود بر روند فرآیندهای سیاره ای تأثیر گذاشته است. ترکیب اولیه جو کاملاً متفاوت از زمان حاضر بود، اما با گذشت زمان سهم و نقش نیتروژن مولکولی به طور پیوسته افزایش یافت، حدود 650 میلیون سال پیش اکسیژن آزاد ظاهر شد که مقدار آن به طور مداوم افزایش یافت، اما غلظت دی اکسید کربن بر این اساس کاهش یافت. تحرک بالای جو، ترکیب گاز آن و حضور ذرات معلق در هوا نقش برجسته و مشارکت فعال آن را در انواع فرآیندهای زمین شناسی و بیوسفر تعیین می کند. جو نقش زیادی در توزیع مجدد انرژی خورشیدی و توسعه پدیده ها و بلایای طبیعی فاجعه بار ایفا می کند. گرداب های جوی - گردبادها (گردبادها)، طوفان ها، طوفان ها، طوفان ها و سایر پدیده ها تأثیر منفی بر جهان ارگانیک و سیستم های طبیعی دارند. منابع اصلی آلودگی در کنار عوامل طبیعی، اشکال مختلف فعالیت اقتصادی انسان است. تأثیرات انسانی بر جو نه تنها در ظاهر ذرات معلق در هوا و گازهای گلخانه ای مختلف، بلکه در افزایش مقدار بخار آب نیز بیان می شود و خود را به صورت مه دود و باران اسیدی نشان می دهد. گازهای گلخانه ای رژیم دمایی سطح زمین را تغییر می دهند. نقش قوم کره جو زمین بسیار زیاد است.

نقش جو در فرآیندهای طبیعی

اتمسفر سطحی، در حالت میانی خود بین لیتوسفر و فضای بیرونی و ترکیب گاز آن، شرایطی را برای زندگی موجودات ایجاد می کند. در عین حال، هوازدگی و شدت تخریب سنگ ها، انتقال و تجمع مواد آواری به مقدار، ماهیت و فراوانی بارندگی، فراوانی و قدرت بادها و به ویژه دمای هوا بستگی دارد. جو یکی از اجزای اصلی سیستم اقلیمی است. دما و رطوبت هوا، ابری و بارندگی، باد - همه اینها آب و هوا را مشخص می کند، یعنی تغییر مداوم وضعیت جو. در عین حال، همین مؤلفه‌ها آب و هوا را مشخص می‌کنند، یعنی متوسط رژیم آب و هوایی بلندمدت.

ترکیب گازها، وجود ابرها و ناخالصی‌های مختلف که ذرات آئروسل (خاکستر، غبار، ذرات بخار آب) نامیده می‌شوند، ویژگی‌های عبور تابش خورشید از جو را تعیین می‌کنند و از فرار تشعشعات حرارتی زمین جلوگیری می‌کنند. به فضای بیرونی

جو زمین بسیار متحرک است. فرآیندهایی که در آن به وجود می آید و تغییر در ترکیب گاز، ضخامت، کدر بودن، شفافیت و وجود ذرات معین آئروسل در آن بر آب و هوا و اقلیم تأثیر می گذارد.

عمل و جهت فرآیندهای طبیعی و همچنین حیات و فعالیت روی زمین توسط تابش خورشید تعیین می شود. 99.98 درصد از گرمای تامین شده به سطح زمین را تامین می کند. هر سال این مقدار 134*1019 کیلوکالری است. این میزان گرما را می توان با سوزاندن 200 میلیارد تن زغال سنگ به دست آورد. ذخایر هیدروژنی که این جریان انرژی گرما هسته‌ای را در جرم خورشید ایجاد می‌کند، حداقل تا 10 میلیارد سال دیگر، یعنی برای مدتی دو برابر بیشتر از زمان وجود سیاره ما و خودش، باقی خواهد ماند.

حدود 1/3 از مقدار کل انرژی خورشیدی که به مرز بالایی جو می رسد به فضا بازتاب می شود، 13٪ توسط لایه اوزون جذب می شود (تقریباً تمام اشعه ماوراء بنفش). 7٪ - بقیه جو و تنها 44٪ به سطح زمین می رسد. کل تابش خورشیدی که در روز به زمین می رسد برابر با انرژی است که بشر در نتیجه سوزاندن انواع سوخت در هزاره گذشته دریافت کرده است.

میزان و ماهیت توزیع تابش خورشیدی در سطح زمین به شدت به ابری بودن و شفافیت جو بستگی دارد. میزان تابش پراکنده تحت تأثیر ارتفاع خورشید از افق، شفافیت جو، محتوای بخار آب، گرد و غبار، مقدار کل دی اکسید کربن و غیره است.

حداکثر مقدار تابش پراکنده به مناطق قطبی می رسد. هر چه خورشید بالاتر از افق پایین تر باشد، گرمای کمتری وارد یک منطقه معین از زمین می شود.

شفافیت جوی و ابری بودن از اهمیت بالایی برخوردار است. در یک روز تابستانی ابری معمولا سردتر از یک روز صاف است، زیرا ابری شدن روز از گرم شدن سطح زمین جلوگیری می کند.

غبارآلودگی جو نقش عمده ای در توزیع گرما دارد. ذرات جامد ریز پراکنده گرد و غبار و خاکستر موجود در آن که بر شفافیت آن تأثیر می گذارد، بر توزیع تابش خورشیدی تأثیر منفی می گذارد که بیشتر آن منعکس می شود. ذرات ریز از دو طریق وارد جو می شوند: یا خاکستری که در طی فوران های آتشفشانی ساطع می شود، یا گرد و غبار صحرا که توسط بادهای مناطق خشک استوایی و نیمه گرمسیری حمل می شود. به خصوص مقدار زیادی از چنین گرد و غباری در هنگام خشکسالی تشکیل می شود، زمانی که جریان هوای گرم آن را به لایه های بالایی جو می برد و می تواند برای مدت طولانی در آنجا بماند. پس از فوران آتشفشان کراکاتوآ در سال 1883، گرد و غباری که ده ها کیلومتر به جو پرتاب شد، حدود 3 سال در استراتوسفر باقی ماند. در نتیجه فوران آتشفشان El Chichon (مکزیک) در سال 1985، گرد و غبار به اروپا رسید و بنابراین دمای سطح کمی کاهش یافت.

جو زمین حاوی مقادیر متغیر بخار آب است. به صورت مطلق وزن یا حجم، مقدار آن از 2 تا 5 درصد متغیر است.

بخار آب، مانند دی اکسید کربن، اثر گلخانه ای را افزایش می دهد. در ابرها و مه هایی که در جو به وجود می آیند، فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی عجیبی رخ می دهد.

منبع اصلی بخار آب به جو سطح اقیانوس جهانی است. سالانه لایه ای از آب به ضخامت 95 تا 110 سانتی متر از آن تبخیر می شود، بخشی از رطوبت پس از تراکم به اقیانوس برمی گردد و دیگری توسط جریان های هوا به سمت قاره ها هدایت می شود. در مناطق با اقلیم مرطوب متغیر، بارش خاک را مرطوب می کند و در اقلیم مرطوب، ذخایر آب زیرزمینی ایجاد می کند. بنابراین، جو یک تجمع کننده رطوبت و یک مخزن بارش است. و مه هایی که در اتمسفر ایجاد می شوند رطوبت پوشش خاک را تامین می کنند و در نتیجه نقش تعیین کننده ای در توسعه گیاهان و جانوران ایفا می کنند.

رطوبت اتمسفر به دلیل تحرک جو در سطح زمین پخش می شود. با سیستم بسیار پیچیده بادها و توزیع فشار مشخص می شود. با توجه به اینکه جو در حرکت مداوم است، ماهیت و مقیاس توزیع جریان و فشار باد دائماً در حال تغییر است. مقیاس گردش از ریزهواشناسی، با اندازه تنها چند صد متر، تا مقیاس جهانی چند ده هزار کیلومتری متفاوت است. گردابه های جوی عظیم در ایجاد سیستم های جریان هوا در مقیاس بزرگ شرکت می کنند و گردش کلی جو را تعیین می کنند. علاوه بر این، آنها منابع پدیده های جوی فاجعه بار هستند.

توزیع آب و هوا و شرایط آب و هوایی و عملکرد مواد زنده به فشار اتمسفر بستگی دارد. اگر فشار اتمسفر در محدوده های کوچک نوسان داشته باشد، نقش تعیین کننده ای در رفاه مردم و رفتار حیوانات ندارد و بر عملکرد فیزیولوژیکی گیاهان تأثیر نمی گذارد. تغییرات فشار معمولاً با پدیده های پیشانی و تغییرات آب و هوایی همراه است.

فشار اتمسفر برای تشکیل باد از اهمیت اساسی برخوردار است که به عنوان یک عامل تسکین دهنده، تأثیر شدیدی بر دنیای حیوانات و گیاهان دارد.

باد می تواند رشد گیاه را سرکوب کند و در عین حال انتقال بذر را تقویت کند. نقش باد در شکل دادن به شرایط آب و هوایی و آب و هوایی بسیار زیاد است. همچنین به عنوان تنظیم کننده جریان های دریا عمل می کند. باد به عنوان یکی از عوامل برون زا به فرسایش و کاهش تورم مواد هوازده در فواصل طولانی کمک می کند.

نقش اکولوژیکی و زمین شناسی فرآیندهای جوی

کاهش شفافیت اتمسفر به دلیل ظهور ذرات آئروسل و گرد و غبار جامد در آن بر توزیع تابش خورشیدی، افزایش آلبدو یا بازتابش تأثیر می گذارد. واکنش‌های شیمیایی مختلفی که باعث تجزیه ازن و تولید ابرهای مرواریدی متشکل از بخار آب می‌شوند به همین نتیجه منجر می‌شوند. تغییرات جهانی در بازتاب، و همچنین تغییرات در گازهای جوی، عمدتا گازهای گلخانه ای، مسئول تغییرات آب و هوایی هستند.

گرمای ناهموار که باعث اختلاف فشار اتمسفر در قسمت‌های مختلف سطح زمین می‌شود، منجر به گردش اتمسفر می‌شود که مشخصه تروپوسفر است. هنگامی که اختلاف فشار رخ می دهد، هوا از مناطق پرفشار به مناطق کم فشار می رود. این حرکات توده های هوا، همراه با رطوبت و دما، ویژگی های اصلی اکولوژیکی و زمین شناسی فرآیندهای جوی را تعیین می کنند.

باد بسته به سرعت، کارهای زمین شناسی مختلفی را روی سطح زمین انجام می دهد. با سرعت 10 متر بر ثانیه، شاخه های ضخیم درختان را تکان می دهد و گرد و غبار و ماسه های ریز را بلند و حمل می کند. شاخه های درخت را با سرعت 20 متر بر ثانیه می شکند، شن و ماسه را حمل می کند. با سرعت 30 متر بر ثانیه (طوفان) سقف خانه ها را می شکند، درختان را از ریشه می کند، تیرها را می شکند، سنگریزه ها را جابجا می کند و قلوه سنگ ها را با خود حمل می کند و باد طوفانی با سرعت 40 متر بر ثانیه خانه ها را ویران می کند، برق را می شکند و خراب می کند. قطب های خط، درختان بزرگ را ریشه کن می کند.

گردبادها و گردبادها (گردبادها) - گرداب های جوی که در فصل گرم در جبهه های جوی قدرتمند، با سرعت تا 100 متر بر ثانیه به وجود می آیند، تأثیرات منفی زیادی بر محیط زیست با عواقب فاجعه بار دارند. Squalls گردبادهای افقی با سرعت باد طوفانی (تا 60-80 متر بر ثانیه) هستند. آنها اغلب با باران های شدید و رعد و برق همراه هستند که از چند دقیقه تا نیم ساعت طول می کشد. اسکال ها مناطقی به عرض 50 کیلومتر را پوشش می دهند و مسافتی بین 200 تا 250 کیلومتر را طی می کنند. طوفان شدید در مسکو و منطقه مسکو در سال 1998 به سقف بسیاری از خانه ها آسیب رساند و درختان را فرو ریخت.

گردبادها که در آمریکای شمالی گردباد نامیده می‌شوند، گرداب‌های جوی قیفی‌شکل قدرتمندی هستند که اغلب با ابرهای رعد و برق همراه هستند. اینها ستون هایی از هوا هستند که در وسط با قطر چند ده تا صدها متر در حال کاهش است. گردباد ظاهری شبیه قیف دارد که بسیار شبیه به خرطوم فیل است که از ابرها پایین می آید یا از سطح زمین بالا می آید. گردباد با دارا بودن نادر شدن شدید و سرعت چرخش بالا تا چند صد کیلومتر حرکت می کند و گرد و غبار، آب از مخازن و اجسام مختلف را به داخل می کشد. گردبادهای قدرتمند با رعد و برق، باران همراه هستند و قدرت تخریب زیادی دارند.

گردبادها به ندرت در نواحی زیرقطبی یا استوایی که دائماً سرد یا گرم است رخ می دهند. گردبادهای کمی در اقیانوس باز وجود دارد. گردبادها در اروپا، ژاپن، استرالیا، ایالات متحده آمریکا و در روسیه به ویژه در منطقه مرکزی زمین سیاه، در مناطق مسکو، یاروسلاول، نیژنی نووگورود و ایوانوو شایع هستند.

گردبادها اتومبیل ها، خانه ها، کالسکه ها و پل ها را بلند و جابه جا می کنند. گردبادهای مخرب مخصوصاً در ایالات متحده مشاهده می شوند. هر ساله از 450 تا 1500 گردباد با میانگین تلفات حدود 100 نفر رخ می دهد. گردبادها فرآیندهای فاجعه بار جوی سریع الاثر هستند. آنها فقط در 20-30 دقیقه تشکیل می شوند و طول عمر آنها 30 دقیقه است. بنابراین، پیش بینی زمان و مکان گردبادها تقریبا غیرممکن است.

گرداب های مخرب دیگر اما طولانی مدت جوی، طوفان ها هستند. آنها به دلیل اختلاف فشار تشکیل می شوند که در شرایط خاص به ظهور یک حرکت دایره ای جریان هوا کمک می کند. گرداب های جوی در اطراف جریان های قدرتمند هوای گرم مرطوب به سمت بالا سرچشمه می گیرند و با سرعت بالا در جهت عقربه های ساعت در نیمکره جنوبی و در خلاف جهت عقربه های ساعت در نیمکره شمالی می چرخند. سیکلون ها بر خلاف گردبادها از اقیانوس ها سرچشمه می گیرند و اثرات مخرب خود را بر روی قاره ها ایجاد می کنند. عوامل مخرب اصلی وزش باد شدید، بارش شدید به صورت بارش برف، رگبار، تگرگ و سیلاب می باشد. بادهایی با سرعت 19 تا 30 متر بر ثانیه طوفان، 30 تا 35 متر بر ثانیه طوفان و بیش از 35 متر بر ثانیه طوفان تشکیل می دهند.

طوفان های استوایی - طوفان ها و طوفان ها - دارای عرض متوسط چند صد کیلومتر هستند. سرعت باد در داخل طوفان به نیروی طوفان می رسد. طوفان های استوایی از چند روز تا چند هفته طول می کشند و با سرعت 50 تا 200 کیلومتر در ساعت حرکت می کنند. طوفان های عرض جغرافیایی متوسط قطر بیشتری دارند. ابعاد عرضی آنها از هزار تا چند هزار کیلومتر است و سرعت باد طوفانی است. آنها در نیمکره شمالی از غرب حرکت می کنند و همراه با تگرگ و بارش برف هستند که طبیعت فاجعه باری دارند. از نظر تعداد قربانیان و خسارات وارده، طوفان‌ها و طوفان‌ها و طوفان‌های مرتبط، بزرگترین پدیده‌های جوی طبیعی پس از سیل هستند. در مناطق پرجمعیت آسیا، تعداد تلفات ناشی از طوفان ها هزاران نفر است. در سال 1991، طوفان در بنگلادش، که باعث تشکیل امواج دریا به ارتفاع 6 متر شد، 125 هزار نفر جان خود را از دست دادند. طوفان خسارات زیادی به ایالات متحده وارد می کند. در همان زمان، ده ها و صدها نفر می میرند. در اروپای غربی، طوفان خسارت کمتری ایجاد می کند.

رعد و برق یک پدیده جوی فاجعه بار در نظر گرفته می شود. آنها زمانی رخ می دهند که هوای گرم و مرطوب خیلی سریع بالا می رود. در مرز مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری، رعد و برق 90-100 روز در سال، در منطقه معتدل 10-30 روز رخ می دهد. در کشور ما بیشترین تعداد رعد و برق در قفقاز شمالی رخ می دهد.

رعد و برق معمولا کمتر از یک ساعت طول می کشد. به ویژه خطرات شدید باران، تگرگ، رعد و برق، وزش باد و جریان های عمودی هوا هستند. خطر تگرگ با توجه به اندازه تگرگ تعیین می شود. در قفقاز شمالی، جرم تگرگ یک بار به 0.5 کیلوگرم می رسید و در هند، تگرگ به وزن 7 کیلوگرم ثبت شد. شهری-خطرناک ترین مناطق کشور ما در قفقاز شمالی قرار دارد. در جولای 1992، تگرگ به 18 هواپیما در فرودگاه Mineralnye Vody آسیب رساند.

از پدیده های خطرناک جوی می توان به رعد و برق اشاره کرد. آنها مردم، دام ها را می کشند، باعث آتش سوزی می شوند و به شبکه برق آسیب می رسانند. سالانه حدود 10000 نفر بر اثر رعد و برق و عواقب آن در سراسر جهان جان خود را از دست می دهند. علاوه بر این، در برخی مناطق آفریقا، فرانسه و ایالات متحده آمریکا، تعداد قربانیان صاعقه بیشتر از سایر پدیده های طبیعی است. خسارت اقتصادی سالانه طوفان های تندری در ایالات متحده حداقل 700 میلیون دلار است.

خشکسالی برای مناطق بیابانی، استپی و جنگلی-استپی معمول است. کمبود بارندگی باعث خشک شدن خاک، کاهش سطح آب های زیرزمینی و مخازن تا خشک شدن کامل آنها می شود. کمبود رطوبت منجر به مرگ گیاهان و محصولات می شود. خشکسالی به ویژه در آفریقا، خاور نزدیک و میانه، آسیای مرکزی و جنوب آمریکای شمالی شدید است.

خشکسالی از طریق فرآیندهایی مانند شور شدن خاک، بادهای خشک، طوفان های گرد و غبار، فرسایش خاک و آتش سوزی جنگل ها، شرایط زندگی انسان را تغییر می دهد و بر محیط طبیعی تأثیر نامطلوب می گذارد. آتش‌سوزی‌ها به ویژه در هنگام خشکسالی در مناطق تایگا، جنگل‌های گرمسیری و نیمه گرمسیری و ساوانا شدیدتر می‌شوند.

خشکسالی فرآیندهای کوتاه مدتی است که یک فصل به طول می انجامد. هنگامی که خشکسالی بیش از دو فصل طول می کشد، خطر قحطی و مرگ و میر دسته جمعی وجود دارد. به طور معمول، خشکسالی قلمرو یک یا چند کشور را تحت تأثیر قرار می دهد. خشکسالی های طولانی مدت با پیامدهای غم انگیز به ویژه اغلب در منطقه ساحل آفریقا رخ می دهد.

پدیده‌های جوی مانند بارش برف، باران‌های شدید کوتاه‌مدت و باران‌های طولانی مدت خسارات زیادی به بار می‌آورند. بارش برف باعث ریزش بهمن های عظیم در کوه ها می شود و آب شدن سریع برف های ریزش شده و بارش های طولانی مدت منجر به سیل می شود. ریزش توده عظیم آب بر سطح زمین به ویژه در مناطق بدون درخت باعث فرسایش شدید خاک می شود. رشد شدیدی از سیستم های پرتو خندقی وجود دارد. سیل ها در نتیجه سیل های بزرگ در طول دوره های بارش شدید یا آب زیاد پس از گرم شدن ناگهانی یا ذوب شدن بهاره برف رخ می دهند و بنابراین، منشأ پدیده های جوی هستند (در فصل نقش اکولوژیکی هیدروسفر مورد بحث قرار می گیرند).

تغییرات جوی انسانی

در حال حاضر، منابع انسانی مختلفی وجود دارد که باعث آلودگی هوا شده و منجر به اختلالات جدی در تعادل اکولوژیکی می شود. از نظر مقیاس، دو منبع بیشترین تأثیر را بر جو دارند: حمل و نقل و صنعت. به طور متوسط، حمل و نقل حدود 60٪ از کل میزان آلودگی جوی را تشکیل می دهد، صنعت - 15، انرژی حرارتی - 15، فن آوری برای از بین بردن زباله های خانگی و صنعتی - 10٪.

حمل و نقل بسته به سوخت مصرفی و انواع اکسید کننده ها، اکسیدهای نیتروژن، گوگرد، اکسیدها و دی اکسیدهای کربن، سرب و ترکیبات آن، دوده، بنزوپیرن (ماده ای از گروه هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای را در جو منتشر می کند. یک سرطان زا قوی که باعث سرطان پوست می شود).

صنعت دی اکسید گوگرد، اکسیدها و دی اکسیدهای کربن، هیدروکربن ها، آمونیاک، سولفید هیدروژن، اسید سولفوریک، فنل، کلر، فلوئور و سایر ترکیبات شیمیایی را در جو منتشر می کند. اما جایگاه غالب در بین انتشار گازهای گلخانه ای (تا 85٪) توسط گرد و غبار اشغال شده است.

در نتیجه آلودگی، شفافیت اتمسفر تغییر می کند و باعث ایجاد ذرات معلق در هوا، مه دود و باران اسیدی می شود.

آئروسل ها سیستم های پراکنده ای هستند که از ذرات جامد یا قطرات مایع معلق در یک محیط گازی تشکیل شده اند. اندازه ذرات فاز پراکنده معمولاً 10 -3 -10 -7 سانتی متر است بسته به ترکیب فاز پراکنده، آئروسل ها به دو گروه تقسیم می شوند. یکی شامل آئروسل های متشکل از ذرات جامد پراکنده در یک محیط گازی، دوم شامل آئروسل هایی است که مخلوطی از فازهای گازی و مایع هستند. اولی دود نامیده می شود، و دومی - مه. در روند تشکیل آنها، مراکز تراکم نقش مهمی ایفا می کنند. خاکستر آتشفشانی، گرد و غبار کیهانی، محصولات انتشاری صنعتی، باکتری های مختلف و غیره به عنوان هسته های تراکم عمل می کنند. بنابراین، به عنوان مثال، هنگامی که چمن خشک در اثر آتش سوزی در مساحت 4000 متر مربع از بین می رود، به طور متوسط 11 * 10 22 هسته آئروسل تشکیل می شود.

ذرات آئروسل از لحظه ظهور سیاره ما شروع به شکل گیری کردند و بر شرایط طبیعی تأثیر گذاشتند. با این حال، کمیت و اعمال آنها، متعادل با چرخه کلی مواد در طبیعت، تغییرات محیطی عمیقی ایجاد نکرد. عوامل انسانی تشکیل آنها این تعادل را به سمت اضافه بارهای زیست کره قابل توجهی تغییر داده است. این ویژگی به ویژه از زمانی که بشر شروع به استفاده از ذرات معلق در هوا به شکل مواد سمی و برای محافظت از گیاهان کرد، مشهود بوده است.

خطرناک ترین برای پوشش گیاهی آئروسل های دی اکسید گوگرد، هیدروژن فلوراید و نیتروژن هستند. هنگامی که آنها با سطح مرطوب برگ تماس پیدا می کنند، اسیدهایی را تشکیل می دهند که تأثیر مخربی بر موجودات زنده دارند. مه های اسیدی همراه با هوای استنشاقی وارد اندام های تنفسی حیوانات و انسان شده و اثر تهاجمی بر روی غشاهای مخاطی دارند. برخی از آنها بافت زنده را تجزیه می کنند و آئروسل های رادیواکتیو باعث سرطان می شوند. در میان ایزوتوپ های رادیواکتیو، Sg 90 نه تنها به دلیل سرطان زایی آن، بلکه به عنوان آنالوگ کلسیم نیز خطرناک است و در استخوان های موجودات زنده جایگزین می شود و باعث تجزیه آنها می شود.

در طی انفجارهای هسته ای، ابرهای آئروسل رادیواکتیو در جو تشکیل می شوند. ذرات کوچک با شعاع 1 تا 10 میکرون نه تنها به لایه های فوقانی تروپوسفر، بلکه در استراتوسفر نیز می افتند، جایی که می توانند برای مدت طولانی در آنجا باقی بمانند. ابرهای آئروسل نیز در حین کار راکتورها در تاسیسات صنعتی که سوخت هسته ای تولید می کنند و همچنین در نتیجه حوادث در نیروگاه های هسته ای تشکیل می شوند.

دود مخلوطی از ذرات معلق در هوا با فازهای پراکنده مایع و جامد است که یک پرده مه آلود بر روی مناطق صنعتی و شهرهای بزرگ تشکیل می دهد.

سه نوع مه دود وجود دارد: یخی، مرطوب و خشک. مه دود یخ را دود آلاسکا می نامند. این ترکیبی از آلاینده های گازی با افزودن ذرات گرد و غبار و کریستال های یخ است که هنگام یخ زدن قطرات مه و بخار از سیستم های گرمایشی رخ می دهد.

مه دود مرطوب یا مه دود از نوع لندن، گاهی اوقات مه دود زمستانی نامیده می شود. این ترکیبی از آلاینده های گازی (عمدتا دی اکسید گوگرد)، ذرات گرد و غبار و قطرات مه است. پیش نیاز هواشناسی برای ظهور مه دود زمستانی، هوای بدون باد است که در آن لایه ای از هوای گرم در بالای لایه زمینی هوای سرد (زیر 700 متر) قرار دارد. در این مورد، نه تنها تبادل افقی، بلکه عمودی نیز وجود دارد. آلاینده ها که معمولاً در لایه های بالا پراکنده می شوند، در این حالت در لایه سطحی تجمع می یابند.

مه دود خشک در طول تابستان رخ می دهد و اغلب مه دود از نوع لس آنجلس نامیده می شود. این ترکیبی از ازن، مونوکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن و بخارات اسیدی است. این مه دود در نتیجه تجزیه آلاینده ها توسط تابش خورشیدی به ویژه قسمت فرابنفش آن ایجاد می شود. پیش نیاز هواشناسی وارونگی اتمسفر است که در ظاهر لایه ای از هوای سرد بالای هوای گرم بیان می شود. به طور معمول، گازها و ذرات جامد بلند شده توسط جریان هوای گرم سپس به لایه های سرد بالایی پراکنده می شوند، اما در این مورد در لایه وارونگی تجمع می یابند. در فرآیند فوتولیز، دی اکسیدهای نیتروژن تشکیل شده در طی احتراق سوخت در موتورهای خودرو تجزیه می شوند:

NO 2 → NO + O

سپس سنتز ازن رخ می دهد:

O + O 2 + M → O 3 + M

NO + O → NO 2

فرآیندهای تفکیک نوری با درخشش زرد مایل به سبز همراه است.

علاوه بر این، واکنش هایی از این نوع رخ می دهد: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4، یعنی اسید سولفوریک قوی تشکیل می شود.

با تغییر شرایط هواشناسی (ظاهر باد یا تغییر رطوبت)، هوای سرد از بین می رود و مه دود از بین می رود.

وجود مواد سرطان زا در مه دود منجر به مشکلات تنفسی، تحریک غشاهای مخاطی، اختلالات گردش خون، خفگی آسم و اغلب مرگ می شود. دود مخصوصاً برای کودکان خردسال خطرناک است.

باران اسیدی بارش جوی است که توسط انتشارات صنعتی اکسیدهای گوگرد، نیتروژن و بخارات اسید پرکلریک و کلر محلول در آنها اسیدی می شود. در فرآیند سوزاندن زغال سنگ و گاز، بیشتر گوگرد موجود در آن، چه به صورت اکسید و چه در ترکیبات با آهن، به ویژه در پیریت، پیروتیت، کالکوپیریت و غیره، به اکسید گوگرد تبدیل می‌شود که در مجموع به اکسید گوگرد تبدیل می‌شود. با دی اکسید کربن، به اتمسفر منتشر می شود. هنگامی که نیتروژن اتمسفر و انتشارات فنی با اکسیژن ترکیب می شوند، اکسیدهای نیتروژن مختلفی تشکیل می شوند و حجم اکسیدهای نیتروژن تشکیل شده به دمای احتراق بستگی دارد. بخش عمده ای از اکسیدهای نیتروژن در حین کار وسایل نقلیه و لوکوموتیوهای دیزلی و بخش کوچکتری در بخش انرژی و شرکت های صنعتی رخ می دهد. اکسیدهای گوگرد و نیتروژن تشکیل دهنده اصلی اسید هستند. هنگام واکنش با اکسیژن اتمسفر و بخار آب موجود در آن، اسیدهای سولفوریک و نیتریک تشکیل می شوند.

مشخص است که تعادل اسید قلیایی محیط با مقدار pH تعیین می شود. یک محیط خنثی دارای مقدار pH 7، یک محیط اسیدی دارای مقدار pH 0، و یک محیط قلیایی دارای مقدار pH 14 است. بی طرف بود کاهش مقدار pH به میزان یک برابر با افزایش ده برابری اسیدیته است و بنابراین در حال حاضر باران با اسیدیته افزایش یافته تقریباً در همه جا می بارد. حداکثر اسیدیته باران ثبت شده در اروپای غربی 4-3.5 pH بود. باید در نظر داشت که مقدار pH 4-4.5 برای اکثر ماهی ها کشنده است.

باران اسیدی اثر تهاجمی بر پوشش گیاهی زمین، ساختمان های صنعتی و مسکونی دارد و به تسریع قابل توجه هوازدگی سنگ های در معرض خطر کمک می کند. افزایش اسیدیته از خود تنظیمی خنثی سازی خاک هایی که در آن مواد مغذی حل می شوند جلوگیری می کند. این به نوبه خود منجر به کاهش شدید عملکرد و تخریب پوشش گیاهی می شود. اسیدیته خاک باعث آزاد شدن خاک های سنگین متصل شده می شود که به تدریج توسط گیاهان جذب می شوند و باعث آسیب جدی به بافت و نفوذ به زنجیره غذایی انسان می شوند.

تغییر پتانسیل اسیدی قلیایی آبهای دریا به ویژه در آبهای کم عمق منجر به توقف تولیدمثل بسیاری از بی مهرگان، مرگ ماهی ها و برهم زدن تعادل اکولوژیکی در اقیانوس ها می شود.

در نتیجه باران اسیدی، جنگل‌های اروپای غربی، کشورهای بالتیک، کارلیا، اورال، سیبری و کانادا در خطر نابودی قرار دارند.

تایپ کنید