Atmosfera Pământului

Atmosfera (din ἀτμός greaca veche - .. Cuplurile și σφαῖρα - bila) - plicul gazos care înconjoară Pământul. unul dintre Geospheres. capacul interior partea sa de suprafata si hidrosfera crustei, partea exterioară a frontierei spațiului Pământului.

Set de ramuri ale fizicii și chimiei, studiind atmosfera, numita fizica atmosferei. Atmosfera determină vremea de pe suprafața Pământului, studiul se ocupă de meteorologie meteo. și durata variațiilor climatice - climatologie.

Atmosfera este considerată a fi zona din jurul Pământului, în care mediul gazos este rotit împreună cu pământul ca întreg [1]. Atmosfera se transformă în spațiul interplanetar, treptat, în exosferei. începând de la o înălțime de 500-1000 km de suprafața Pământului [2].

Conform definiției propuse de către Federația Internațională a Aviației. limita atmosferei și spațiul deținut de linia Karman. situat la o altitudine de 100 km deasupra cărora zborurile de aeronave sunt complet imposibil. NASA foloseste ca marker de delimitare în atmosferă de 122 km (400.000 de picioare), unde „suveici“ comutată de manevră prin intermediul motoarelor aeromaneuvering [3].

Masa totală a aerului din atmosferă - (5.1-5.3) 10 18 kg. Dintre acestea, masa de aer uscat este (5,1352 ± 0,0003) · 18 octombrie kg, greutatea totală a vaporilor de apă este egală cu o medie de 1,27 x 10 16 kg.

masa molara de aer uscat curat este 28.966 g / mol și densitatea aerului la suprafața mării este aproximativ egală cu 1,2 kg / m 3 Presiunea la 0 ° C la nivelul mării este de 101,325 kPa; temperatură critică - -140,7 ° C (

132.4 C); presiune critică - 3,7 MPa; Cp la 0 ° C - 1,0048 · 10 martie J / (kg · K), Cv - 0,7159 · 10 martie J / (kg · K) (la 0 ° C). Solubilitatea aerului în apă (în greutate) la 0 ° C - 0,0036%, la 25 ° C - 0,0023%.

În timpul „condiții normale“ la suprafața luată: densitate de 1,2 kg / m 3. presiunea barometrică 101.35 kPa, temperatura de +20 ° C și umiditate relativă de 50%. Acești indicatori sunt condiționate de o semnificație pur inginerie.

Atmosfera Pământului este rezultatul a două procese: corpuri de spațiu materialul de evaporare deoarece acestea se încadrează la pământ și evoluția gazelor în timpul erupțiilor vulcanice (manta de degazare a pământului). Odată cu apariția oceanelor și evoluția biosferă a atmosferei variază datorită schimbului de gaze cu apă, plante, animale și produsele de descompunere a acestora în soluri și mlaștini.

Compoziția aerului uscat

În prezent, atmosfera pământului constă în principal din gaze și diferite impurități (praf, picături de apă, cristale de gheață, sare de mare, produse de combustie).

Concentrația gazelor care constituie atmosfera este aproape constantă, cu excepția apei (H2O) și dioxid de carbon (CO2).

De asemenea, este indicat în gazele de masă în atmosferă ce conține Cl2, SO2. NH3. CO. O3. NO2, hidrocarburi. HCI. HF. HBr. HI. pereche Hg. I2. Br2. și NO și multe alte gaze în cantități mici. În troposferă este întotdeauna o cantitate mare de particule solide și lichide în suspensie (aerosoli). Gazul mai rare în atmosferă este radon (Rn).

Stratul de delimitare al atmosferei

Stratul inferior al troposferei (1-2 km grosime), în care starea și proprietățile suprafeței Pământului afectează direct dinamica atmosferei.

troposferă

limita superioară a acesteia este situat la o altitudine de 8-10 km în polar, temperat 10-12 km și 16-18 km la tropice; iarna este mai mică decât în ​​timpul verii.
Stratul de bază inferior al atmosferei conține mai mult de 80% din masa de aer și în jur de 90% din vaporii de apă disponibilă în atmosferă. Troposferă este dezvoltat puternic turbulențe și convecție. există nori. dezvoltarea cicloane și anticiclonale. Temperatura scade odată cu creșterea înălțimii la gradientul mediu vertical de 0,65 ° / 100 de metri.

tropopauzei

Stratul de tranziție de la troposferă la stratosfera, stratul al atmosferei, în care reducerea temperaturii este terminată cu înălțimea.

stratosferă

Stratul de atmosferă, situat la o înălțime de 11 până la 50 km. Caracteristic ușoară schimbare a temperaturii în stratul de 11-25 km (stratul inferior al stratosferei) și ridicarea într-un strat de 25-40 km de -56.5 la +0,8 ° C (stratul superior al stratosferei sau regiunea inversiune). La atingerea o înălțime de aproximativ 40 km valori de aproximativ 273 K (aproximativ 0 ° C), temperatura rămâne constantă până la o înălțime de aproximativ 55 km. Această zonă se numește temperatură constantă și stratopause este granița dintre stratosferă și mezosfera.

stratopause

Stratul de delimitare al atmosferei între stratosferă și mezosfera. Distribuția temperaturii pe verticală are o locație maximă (aproximativ 0 ° C).

Mezosferei începe la o altitudine de 50 km și se extinde la 80-90 km. Temperatura scade cu altitudinea cu un gradient mediu vertical (0,25-0,3) ° / 100 m. Procesul de bază este un transfer de căldură de energie radiantă. procese fotochimice complexe, care implică radicali liberi. molecule vibrațional excitat, și așa mai departe. provoacă o atmosferă strălucire.

Stratul de tranziție între mezosfera și termosfera. Distribuția verticală a temperaturii are loc cel puțin (aproximativ -90 ° C).

line Karman

Înălțimea deasupra nivelului mării, care este luată în mod convențional ca granița dintre atmosfera Pământului și spațiul cosmic. În conformitate cu definiția FAI. line Karman este situat la o altitudine de 100 km deasupra nivelului mării.

termosfera

thermopause

Regiunea a atmosferei adiacentă la partea de sus a Termosferei. În această regiune a absorbției radiației solare este neglijabilă, iar temperatura variază în fapt, cu altitudinea.

Exospheres (sferă de împrăștiere)

straturile atmosferice la o înălțime de 120 km

Exospheres - împrăștiere a zonelor, partea exterioară Termosferei situată deasupra 500-1000 km (în funcție de activitatea solară) [2]. Gaze în exosferei extrem de rare, și, prin urmare, există o scurgere de particule sale în spațiul interplanetar (disiparea).

Până la o înălțime de 100 km atmosfera este un amestec omogen bine amestecat de gaze. Straturile superioare ale distribuției înălțimii gazelor depinde de greutatea lor moleculară, concentrația de gaze mai grele scade mai rapid cu distanța de la suprafața Pământului. Prin scăderea densității temperaturii gazului este coborâtă la 0 ° C până la stratosferică -110 ° C în Mesospheric. Cu toate acestea, energia cinetică a particulelor individuale la înălțimi corespunzătoare unei temperaturi de 200-250 km

150 ° C. Deasupra 200 km există fluctuații semnificative ale densității de temperatură și de gaze, în timp și spațiu.

În troposferă, reprezentând circa 80% din masa fracție atmosfera din stratosfera - aproximativ 20%; mezosferei greutate - nu mai mult de 0,3%, Termosferei - mai puțin de 0,05% din masa totală a atmosferei.

Pe baza proprietăților electrice într-o atmosferă neytrosferu izolată și ionosferă.

În funcție de compoziția gazului în atmosferă și este izolat homosphere heterosphere. Heterosphere - o regiune în care gravitația influențează separarea gazelor, deoarece acestea agitare la o astfel de înălțime ușor. Rezultă o heterosphere compoziție variabilă. Mai jos este o compoziție bine amestecată, omogenă a atmosferei, numit homosphere. Granița dintre aceste două straturi se numește turbopause. Acesta se afla la o altitudine de aproximativ 120 km.

Alte proprietăți ale atmosferei și efectul asupra organismului uman

La o altitudine de 5 km deasupra nivelului mării la persoana neinstruit are o lipsă de oxigen și a redus foarte mult, fără adaptarea capacității omului. Aici se termină zona de atmosferă fiziologică. respirația persoanei devine imposibilă la o altitudine de 9 km, la aproximativ 115 km atmosferă conține oxigen.

Atmosfera ne ofera oxigenul necesar de respirație. Cu toate acestea, din cauza scăderii totale atmosferă presiune de cel puțin înălțimea de ridicare scade corespunzător, iar presiunea parțială a oxigenului.

În plămân uman conține în mod constant de aproximativ 3 litri de aer alveolar. Presiunea parțială a oxigenului în aerul alveolar la presiunea atmosferică este de 110 mm Hg. v .. presiune de bioxid de carbon - 40 mm Hg. Art. și vapori de apă - 47 mm Hg. Art. Odată cu creșterea înălțimii cădere de presiune de oxigen, iar presiunea totală a vaporilor de apă și dioxid de carbon în plămâni rămâne aproape constant - aproximativ 87 mm Hg. Art. furnizare de oxigen la plamani se opreste complet când presiunea ambientală devine egală cu această valoare.

La aproximativ 19-20 km presiunea atmosferică este redusă la 47 mm Hg. Art. provocând apa la fiert si lichidul interstițial într-un corp uman. În afara cabinei presurizat la aceste altitudini, moartea are loc aproape instantaneu. Astfel, din perspectiva fiziologie „spațiu“ uman începe la o altitudine de 15-19 km.

straturi dense de aer - troposfera si stratosfera - ne proteja de efectele dăunătoare ale radiațiilor. Cu vid suficient aer, la altitudini de peste 36 km, un efect intensiv asupra organismului exercita radiații ionizante - raze cosmice primare; la înălțimi de peste 40 km porțiune ultraviolete din spectrul solar periculoase pentru om.

Pe măsură ce ascensiune înălțimi tot mai mari deasupra suprafeței Pământului slăbit treptat, iar apoi dispar complet familiar pentru noi fenomenele observate în atmosfera inferioară, deoarece propagarea sunetului, apariția de ridicare aerodinamică și trageți, prin transfer de căldură prin convecție și altele.

În straturile de aer rarefiat de propagare a sunetului este imposibilă. La înălțimi de 60-90 km este încă posibil să se utilizeze rezistența aerului și ridicați forțele pentru un zbor aerodinamic controlat. Dar, din moment ce înălțimile de 100-130 km, familiar pentru fiecare pilot la conceptul de numărul M și bariera sunetului își pierde sensul: se trece o linie imaginara Karman. în spatele căreia începe domeniul de zbor balistic pur, care poate fi controlată numai prin utilizarea unor forțe reactive.

La altitudini de peste 100 km atmosferă lipsită iar alte proprietăți remarcabile - capacitatea de a absorbi, transporta și transfera energia termică prin convecție (adică, cu agitare aer). Acest lucru înseamnă că diferitele elemente ale echipamentului, dotarea stației spațiale orbitale nu va fi capabil să se răcească la exterior așa cum se face de obicei pe un avion - cu ajutorul jeturilor de aer și încălzitoare de aer. La aceasta altitudine, ca, în general, în spațiul de numai metodă de transfer de căldură este radiația termică.

Istoria atmosferei de educație

Conform teoriei cele mai comune, atmosfera Pamantului peste ultima poveste a rupt în trei formulări diferite. Inițial, aceasta a constat din gaze ușoare (hidrogen și heliu) capturate din spațiul interplanetar. Această așa-numita atmosferă primară. În etapa următoare activitatea vulcanică a dus la saturarea atmosferei și a altor gaze în afară de hidrogen (dioxid de carbon, amoniac. Abur). Astfel sa format atmosfera secundară. Aceasta atmosfera a fost reducătoare. Mai mult, procesul de formare a atmosferei a fost determinată de următorii factori:

• scurgerea de gaze ușoare (hidrogen și heliu) în spațiul interplanetar;
• reacție chimică în atmosferă sub influența radiațiilor ultraviolete, fulgere, și de alți factori.

O cantitate mare de azot N2 este cauzată de oxidarea atmosferei amoniac-hidrogen cu O2 oxigen molecular. care a fost de a face cu suprafața planetei, ca urmare a fotosintezei, începând cu cea de acum 3 miliarde de ani. De asemenea, N2 azotul este eliberat în atmosferă, ca urmare a denitrificării de nitrați și alți compuși conținând azot. Azotul este oxidat cu ozon pentru a NO în atmosfera superioară.

Azot N2 reacționează numai în anumite condiții (de exemplu, de la fulgere). Oxidarea ozon azotului molecular în timpul descărcărilor electrice în cantități mici utilizate în producția industrială de îngrășăminte cu azot. Oxidantă cu intrări de mică putere și convertit în forma activă biologic poate cianobacterii (alge albastre-verzi) și bacteriile nodulilor formând simbioză rhizobial cu plante leguminoase care pot fi eficiente verzi-manures - plante care nu diminuează și îmbogăți îngrășămintele naturale din sol.

dioxid de carbon

gaze nobile

Sursa de gaz inert - argon. heliu și krypton - erupții vulcanice, iar dezintegrarea elementelor radioactive. Pământul ca întreg și, în special, atmosfera depleție gaze inerte comparativ cu Cosmosul. Se crede că motivul pentru care acest lucru constă în scurgerea continuă a gazelor în spațiul interplanetar [1927 zile citare].

poluarea aerului

Arderea combustibililor - principala sursă de contaminanți și gaz (CO NO SO2 ..). Dioxidul de sulf este oxidat de oxigenul atmosferic la SO3. și oxid de azot NO2 în atmosfera superioară, care la rândul ei reacționează cu vaporii de apă, și a format cu acid sulfuric H2 SO4 și acid azotic HNO3 cad la suprafața pământului ca o ploaie de așa-numita acid. Utilizarea motoarelor cu ardere internă conduce la o contaminare semnificativă a atmosferei cu oxizi de azot, hidrocarburi și compuși de plumb (Pb tetraetil (CH3 CH2) 4).

Poluarea cu aerosol datorată atât cauze naturale (erupții vulcanice, furtuni de praf, antrenarea picăturilor de apă de mare și polen și altele), precum și prin activități umane (minerit minereu și materiale de construcții, de ardere a combustibilului, de fabricare a cimentului și altele asemenea). îndepărtarea intensivă la scară largă de pulberi în suspensie în atmosferă - una dintre cauzele posibile ale schimbărilor climatice ale planetei.