Атмосфера, свойства, строение, состав


Атмосфера, свойства, строение, состав.

 

 

Атмосфера – это газовая оболочка, окружающая планету Земля, удерживаемая вокруг нее силой гравитации.

 

Атмосфера Земли, характеристики и свойства

Структура, строение и слои атмосферы: тропосфера, стратосфера, озоновый слой, мезосфера, термосфера, экзосфера

Состав атмосферы. Газы и другие вещества в атмосфере

Загрязнение атмосферы. Выбросы в атмосферу

 




Атмосфера Земли, характеристики и свойства, значение для жизни:

Атмосфера – это газовая оболочка, окружающая планету Земля, удерживаемая вокруг нее силой гравитации. Свое название она получила от двух древнегреческих слов: ἀτμός – «пар» и σφαῖρα – «сфера»). Пределами ее считаются непосредственно поверхность Земли и межпланетное пространство, но последняя граница весьма условна, т.к. не имеет четкой линии. Оболочка из газов, окружающая планету Земля, простирается вверх от поверхности Земли на сотни километров.

В астрономии атмосферой принято считать газовое пространство, окружающее любое небесное тело и вращающееся вместе с ним вокруг своей оси. Атмосферу имеют практически все крупные небесные тела, особенно состоящие из газов или имеющие сходный с Землей планетный тип: Меркурий, Венера, Луна, Марс, Юпитер, Ио, Европа, Ганимед, Каллисто, Сатурн, Энцелада, Титан, Рея, Уран, Нептун, Тритон, Плутон и пр.

Удельная масса атмосферы Земли составляет 5,2×1018 килограмм, а высота около 1000 километров. Атмосфера Земли непостоянна, подвержена изменениями и основным их источником считается человек.

Ее ключевыми характеристиками являются:

– высокая динамичность – перемещение огромных масс воздуха во всех слоях, возникающие вследствие перепадов давления, обусловленных нагреванием газов;

– физическая неоднородность – включает ряд сфер и слоев, каждый из которых отличается своими физическими характеристиками;

– уязвимость к биологическим факторам – легко подвергается загрязнению вредными и избыточными веществами (газами, органическими и неорганическими частицами, биологическими молекулами и т.д.);

– атмосферное давление – физическая величина, создаваемая гравитационным притяжением воздуха к планете и уменьшающаяся по мере удаления от ее поверхности.

Одно из назначений атмосферы – защита Земли и всего живого на ней от разнообразных космических угроз. В ее слоях сгорают мелкие метеоры, а крупные распадаются на мелкие части, не способные нанести планете существенный вред. Присутствующий озоновый слой фильтрует вредное для обитателей Земли ультрафиолетовое солнечное излучение, преобразовывая его в безопасные для жизни тепло и свет. Также атмосфера позволяет поддерживать на поверхности планеты температуру, комфортную для жизни человека, обеспечивает круговорот воды и движение воздушных потоков, без которых невозможно создание необходимых природе влажности и температуры.

 


Структура, строение и слои атмосферы:

Оболочка Земли включает пять основных слоев, берущих свое начало от уровня моря (а иногда и ниже) и простирающихся до межпланетного пространства. В промежутке между ними расположены переходные зоны (промежуточные слои) – «паузы», где происходит изменение состава, плотности и температуры воздушных масс. Таких зон четыре, и вместе с ними атмосфера насчитывает девять слоев.

 


Тропосфера:

Тропосфера – это первый, самый нижний слой атмосферы – «придонный», в котором обитает все живое на планете: человек, животные, растения. Тропосфера простирается на несколько километров: возле полюсов его высота не превышает 8-10 км, а в районе экватора достигает 18 км. Такая разность в высоте атмосферы обусловлено центробежной силой Земли и тем, что ширина планеты неодинакова в разных ее частях (Земля имеет эллиптическую форму). Еще один фактор, влияющий на величину слоя – сезон, т.е. температурный режим. В теплое время года воздушные массы поднимаются выше, в холодное – опускаются к поверхности планеты, тем самым увеличивая или уменьшая ширину тропосферы.

Свое название слой получил от древнегреческих слов τρόπος  – «поворот, изменение» и σφαῖρα – «шар». Первая часть слова полностью соответствует основным критериям тропосферы – подвижности, изменчивости, динамичности, формирующих все те явления, которые принято называть «климат» и «погода». Это:

– образование облаков;

– циркуляция жидкости;

– образование циклонов, антициклонов;

– генерация ветров.

Тропосфера – самый тяжелый слой, т.к. в нем содержится 80% массы атмосферы, 50% всех газов и практически вся влага, что позволяет обитателям тропосферы «дышать». Удерживает он и тепло, сохраняя поглощаемые Землей солнечные лучи, поэтому при удалении от ее поверхности понижаются и давление, и температура. Причем температура понижается на 0,5-0,7 градуса Цельсия каждые 100 метров. Также с набором высоты усиливается ветер: на каждый километр высоты его скорость растет на 2-3 км/с. Примечательно, что снижение температуры характерно только для нижнего слоя (тропосферы), во всех же иных она растет по мере приближения к верхним границам.

На нижней границе, возле литосферы, находится еще один барьер: приземной пограничный слой, самый важный для циркуляции всей атмосферы. Именно здесь происходит отдача тепловой энергии и излучения планетой, создаются перепады давления и ветряные потоки, позже разделяемые и направляемые неровностями поверхности (горами, скалами и т.д.).

Верхним пределом тропосферы является тропопауза – промежуточный барьер между тропосферой и следующим слоем атмосферы – стратосферой.

Нормальным давлением у нижней границы тропосферы принято считать показатель в 1000 миллибар, который максимально приближен к эталону – 1013 миллибар (одна «атмосфера»). У верхнего слоя давление составляет уже 200 мБар, а при удалении от уровня моря на 45 км падает до 1 мБара.

За тропосферой и тропопаузой следует следующий слой атмосферы – стратосфера. В тропопаузе прекращается снижение температуры воздуха с возрастанием высоты.

 


Стратосфера:

Стратосфера располагается на высоте от около 10 км (на северном и южном полюсах) или от около 18 км (в районе экватора) до 50 км от уровня моря. Название происходит от древнегреческого слова stratum, означающего «настил, слой». Давление на нижней границе в 10 раз меньше, чем у поверхности Земли, а на верхней – меньше почти в 1000 раз. Сама стратосфера очень разрежена, влага в ней практически отсутствует. Температура слоя повышается по мере приближения к мезосфере: на границе с тропопаузой она достигает -56,5 градусов Цельсия, а ближе к верхнему приделу составляет от 0 до +0,8 градусов Цельсия.

За стратосферой выше следует стратопауза, а за последней – мезосфера. В стратопаузе нагрев воздушных масс прекращается, и температура перестает подниматься.

В границах стратосферы располагается еще один слой – озоновый, выполняющий важную функцию защиты поверхности планеты от разрушающего действия ультрафиолетовых лучей.

 

Озоновый слой:

Озоновый слой представляет собой «границу жизни» на Земле: за его пределами все основные показатели – температура, давление, космическое излучение – уничтожают все живые организмы, включая даже самые стойкие бактериологические формы.

Появление этого барьера в атмосфере обусловлено двум факторами:

– кислородом, выделяемым всеми представителями растительного мира планеты;

– ультрафиолетом, с которым кислород ступает в химические реакции. В результате химических реакций образуется газ О3 – озон, по иронии, созданный из разрушающих ультрафиолетовых волн и защищающий от них же. Его примечательной характеристикой считается способность отражать солнечные лучи, создавая вокруг себя тепло.

 


Мезосфера:

Мезосфера – малый по размерам слой, расположенный на высоте от 40-50 до 80-90 км от уровня моря. Он характеризуется:

– низкой температурой – на его верхней границе показатели достигают -80 градусов Цельсия, в то время как на нижней границе – около 0 градусов Цельсия;

– чрезвычайно малым давлением газов (ниже поверхностного в десятки тысяч раз);

– отсутствием движения воздушных масс, обусловленного их низкой (почти нулевой) подъемной силой.

Эти же факторы влияют на изучение слоя: отсутствие летательных аппаратов, способных двигаться в подобных условиях, не позволяет тщательно исследовать мезосферу. Однако доподлинно известно, что именно она защищает Землю от падения на нее различных космических тел, чаще всего метеоров. Небольшие из них полностью сгорают, рассыпаясь в пыль, а крупные иногда достигают поверхности планеты, но уже «выгоревшие», не способные нанести ей существенный ущерб.

За мезосферой следует мезопауза, а за последней – термосфера. В мезопаузе находится температурный минимум, который составляет около -100 °C.

 

Термосфера:

Нижний предел термосферы располагается на высоте приблизительно от 80-90 км. Здесь же (на высоте 100 км) проходит условная граница между поверхностью планеты и космическим пространством – линия Кармана, за которой газы, свойственные атмосфере, практически отсутствуют. Считается, что именно от этой линии берет свое начало четвертый слой атмосферы – термосфера. Ее границы простираются до 800 км от уровня моря, а температура в высшей точке достигает 1700 градусов Цельсия.

Космические летательные аппараты, созданные из металла, который начинает плавиться при температуре 1560 градусов Цельсия, улетая в открытое космическое пространство и возвращаясь на Землю, легко преодолевают этот слой. Это связано с тем, что термосфера имеет чрезвычайно низкое содержание газов и соответственно низкое давление, которое в миллион раз меньше, чем на поверхности Земли. Частицы этого слоя обладают высокой энергией, но т.к. расстояние между частицами огромно, любые космические объекты, летающие в этом слое, оказываются практически в вакууме. Именно поэтому термосфера выбрана для размещения спутников и орбитальных станций.

Под действием солнечной радиации и космического излучения  в термосфере происходит ионизация воздуха и образуются т.н. «полярные сияния».

За термосферой следует термопауза, а за последней – экзосфера.

В термопаузе поглощение солнечного излучения незначительно и температура практически не меняется с высотой. Здесь также происходят полярные сияния.

 

Экзосфера:

Экзосфера – последний, верхний слой атмосферы, берущий начало на высоте около 800 км от уровня моря. Название он получил от древнегреческого «экзо», означающего «вне, снаружи». Это самый разреженный слой, состоящий из атомов самого легкого химического элемента – водорода. Встречаются также атомы азота и кислорода, но они чрезмерно ионизированы ультрафиолетовым излучением. В экзосфере также происходят полярные сияния.

Экзосфера самый большой по размерам слой атмосферы, ее границы простираются на сотни километров вглубь космоса и верхней считается геокорона Земли. Атомы газов здесь – большая редкость, их концентрация в миллионы раз ниже, чем в земном воздухе.

 

Состав атмосферы. Газы и другие вещества в атмосфере:

Все слои атмосферы состоят из газов, но в одних их концентрация выше, а в других меньше. Воздух, которым дышат все земные существа, включает их большую атмосферную часть – почти 80%. Элементов, имеющих наибольшую концентрацию, в атмосфере 12, но в том или ином объемном соотношении в атмосфере присутствует почти вся таблица Менделеева. Однако такой состав был не всегда.

Первыми газами, окутывающими Землю и свойственные всем газовым гигантам, были гелий и водород. Эти вещества – остатки туманности, образовавшей самую яркую звезду нашей галактики – Солнце, в большом количестве оседающие вокруг гравитационного поля планеты.

Сама же планета хранила множество других веществ:

аммиак;

метан;

– углекислый газ;

– серу.

Их выбросы в формирующуюся атмосферу Земли обусловлены извержениями вулканов и разломами, столкновениями подвижных тектонических плит. Следствием освобождения из недр аммиака и метана стал их распад и образование других соединений, одним из которых стал азот, сегодня занимающий 78% всего состава атмосферы. Сделать же ее (атмосферу) пригодной для жизни смог кислород.

Его появление происходило несколькими способами: раскаленная мантия Земли в больших объемах выбрасывала скопившиеся в ней газы, а водяной пар от извержения вулканов распадался под действием прямых солнечных лучей на водород и кислород. Но задержка кислорода в атмосфере была невозможна – он вступал в дальнейшие химические реакции с различными веществами и видоизменялся.

Накопление достаточного количества кислорода в атмосфере Земли стало возможным с появлением биологических организмов, выделяющих его в процессе своей жизнедеятельности. Это позволило:

– достигнуть концентрации кислорода в 21% всего за 2 миллиарда лет;

– существенно снизить концентрацию углекислого газа за счет использования последнего микроорганизмами как составляющего собственной костной ткани;

– сформировать озоновый слой, защищающий живые организма от разрушительного ультрафиолета.

Кроме основных газов: водорода, кислорода и углекислого газа, атмосфера включает и благородные газы:

– гелий;

– аргон;

– неон;

– криптон;

– ксенон;

– радон.

Благородные газы образуются в результате ядерных процессов, протекающих в глубинах земной коры, и выделяются в атмосферу из микротрещин в литосфере или при извержении вулканов.

Присутствует в атмосфере и вода, чей объем зависит от широты: у полюсов концентрация составляет 0,2%, на экваторе достигает 2,5%. Также присутствуют различные оксиды азота, пропан, радон. В малых объемах в атмосфере представлено широкое разнообразие других веществ:

– бром;

– йод;

– озон;

– хлор;

– оксид серы;

– аммиак;

– монооксид углерода;

– соляная кислота;

– плавиковая кислота;

– бромоводород;

– иодоводород;

– и пр. различные частицы взвешенных твердых и жидких веществ.

 

Загрязнение атмосферы. Выбросы в атмосферу:

Загрязнение атмосферы возникает в результате выбросов в нее различных вредных веществ или повышения концентрации тех, что уже в ней присутствуют. В их число входят:

– оксиды азота;

– метан;

– диоксид и монооксид углерода;

– диоксид серы;

– хлорфторуглероды;

– молекулы органических и неорганических веществ;

– молекулы биологических организмов.

Все они оказывают отравляющее действие на живые организмы планеты: провоцируют развитие заболеваний, часто тяжелых, с летальным исходом, гибель растительного и животного мира.

Причиной выбросов чаще всего становится человек (антропогенное загрязнение), реже – природные явления (естественное загрязнение). Разделяют эти процессы на три основных категории: физическое, химическое и биологическое загрязнения.

Физическое загрязнение также разделяется на подвиды:

– механическое: пыль, твердые вещества;

– радиоактивное:  излучение, изотопы;

– электромагнитное: различные виды волн;

– шумовое: громкие звуки, низкочастотные колебания;

– тепловое: теплые воздушные массы от предприятий и т.д.

Химическое загрязнение представлено появлением в атмосфере повышенной концентрации газов и аэрозолей:

– оксидов и диоксидов неметаллов;

– альдегидов;

– углеводородов;

– частиц тяжелых металлов (кадмия, хрома, брома, меди, цинка);

– аммиака;

– пыли;

– изотопов радиоактивных веществ.

Биологическое загрязнение включает появление в воздухе микробных веществ:

– спор грибов;

– бактерий;

– вирусов;

– токсинов;

– продуктов жизнедеятельности вредоносных микроорганизмов.

Источники загрязнения атмосферы различны. Это и природные явления – вулканические извержения, лесные и степные пожары, продукты жизнедеятельности флоры и фауны, и деятельность человека. К последней относят:

– использование транспорта. Газы и твердые вещества выделяются при движении техники с двигателями внутреннего сгорания;

– деятельность предприятий. Выбросы химических веществ сопутствуют различным технологическим процессам;

– быт человека: приготовление пищи и отопление, утилизация бытовых отходов и т.д.

Загрязнение атмосферы – важная проблема для всей Земли. По утверждению экологов, в атмосфере происходят уже необратимые процессы ее изменения и разрушения защитного озонового слоя. Замедлить их возможно лишь проведением правильной экологической политики. Ее главными тезами считаются уменьшение выбросов от технологических процессов, включающих использование нефти и газа, т.е. переход на экологические виды топлива – электроэнергию, энергию ветра и воды. Еще один важный момент – отказ от изделий из пластика и правильная его дальнейшая переработка. Актуальной остается проблема переработки бытовых отходов, сохранения лесных массивов – «легких» нашей планеты.

 

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

 





Найти что-нибудь еще?










Похожие записи:



карта сайта