Die Höhe der Erdatmosphäre beträgt. Atmosphäre und die Welt der atmosphärischen Phänomene

Gasgranate herum Globus wird Atmosphäre genannt, und das Gas, das sie bildet, heißt Luft. Abhängig von verschiedenen physikalischen und chemischen Eigenschaften wird die Atmosphäre in Schichten eingeteilt. Was sind sie, Schichten der Atmosphäre?

Temperaturschichten der Atmosphäre

Abhängig von der Entfernung von Erdoberfläche Die Temperatur der Atmosphäre ändert sich und in diesem Zusammenhang ist es üblich, sie in folgende Schichten zu unterteilen:
Troposphäre. Dies ist die Schicht mit der „niedrigsten“ Temperatur der Atmosphäre. In mittleren Breiten beträgt seine Höhe 10-12 Kilometer und in den Tropen 15-16 Kilometer. In der Troposphäre nimmt die Temperatur der atmosphärischen Luft mit zunehmender Höhe ab, im Durchschnitt um etwa 0,65 °C pro 100 Meter.
Stratosphäre. Diese Schicht befindet sich oberhalb der Troposphäre im Höhenbereich von 11 bis 50 Kilometern. Zwischen Troposphäre und Stratosphäre gibt es eine atmosphärische Übergangsschicht – die Tropopause. Die durchschnittliche Lufttemperatur der Tropopause beträgt -56,6°C, in der tropischen Region -80,5°C im Winter und -66,5°C im Sommer. Die Temperatur der unteren Schicht der Stratosphäre selbst nimmt pro 100 Meter langsam um durchschnittlich 0,2 °C ab, während die Temperatur der oberen Schicht um 0,2 °C zunimmt Höchstgrenze In der Stratosphäre beträgt die Lufttemperatur bereits 0°C.
Mesosphäre. Im Höhenbereich von 50-95 Kilometern, oberhalb der Stratosphäre, befindet sich die atmosphärische Schicht der Mesosphäre. Es ist durch die Stratopause von der Stratosphäre getrennt. Die Temperatur der Mesosphäre nimmt mit zunehmender Höhe ab; im Durchschnitt beträgt die Abnahme alle 100 Meter 0,35°C.
Thermosphäre. Diese atmosphärische Schicht liegt über der Mesosphäre und ist von dieser durch die Mesopause getrennt. Die Temperatur in der Mesopause liegt zwischen -85 und -90 °C, aber mit zunehmender Höhe erwärmt sich die Thermosphäre intensiv und erreicht im Höhenbereich von 200–300 Kilometern 1500 °C, danach ändert sie sich nicht mehr. Die Erwärmung der Thermosphäre erfolgt durch die Absorption der ultravioletten Strahlung der Sonne durch Sauerstoff.

Schichten der Atmosphäre, unterteilt nach Gaszusammensetzung

Basierend auf der Gaszusammensetzung wird die Atmosphäre in Homosphäre und Heterosphäre unterteilt. Die Homosphäre ist die untere Schicht der Atmosphäre und ihre Gaszusammensetzung ist homogen. Die obere Grenze dieser Schicht verläuft in einer Höhe von 100 Kilometern.

Die Heterosphäre liegt im Höhenbereich von der Homosphäre bis Außengrenze Atmosphäre. Seine Gaszusammensetzung ist heterogen, da unter dem Einfluss von Sonnen- und kosmischer Strahlung die Luftmoleküle der Heterosphäre in Atome zerfallen (Prozess der Photodissoziation).

Wenn in der Heterosphäre Moleküle in Atome zerfallen, werden geladene Teilchen freigesetzt – Elektronen und Ionen, die eine Schicht ionisierten Plasmas – die Ionosphäre – bilden. Die Ionosphäre befindet sich von der oberen Grenze der Homosphäre bis zu Höhen von 400 bis 500 Kilometern und hat die Eigenschaft, Radiowellen zu reflektieren, was uns die Durchführung von Funkkommunikation ermöglicht.

Oberhalb von 800 Kilometern beginnen Moleküle leichter atmosphärischer Gase in den Weltraum zu entweichen, und diese atmosphärische Schicht wird Exosphäre genannt.

Schichten der Atmosphäre und Ozongehalt

Maximale Ozonmenge ( chemische Formel O3) kommt in der Atmosphäre in einer Höhe von 20-25 Kilometern vor. Dies liegt an der großen Menge an Sauerstoff in der Luft und dem Vorhandensein von hartem Sonnenstrahlung. Diese Schichten der Atmosphäre werden Ozonosphäre genannt. Unterhalb der Ozonosphäre nimmt der Ozongehalt in der Atmosphäre ab.

10,045×10 3 J/(kg*K) (im Temperaturbereich von 0-100°C), C v 8,3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C). Die Löslichkeit von Luft in Wasser beträgt bei 0°C 0,036 %, bei 25°C - 0,22 %.

Atmosphärische Komposition

Geschichte der atmosphärischen Entstehung

Frühe Geschichte

Derzeit kann die Wissenschaft nicht alle Stadien der Entstehung der Erde mit hundertprozentiger Genauigkeit verfolgen. Der gängigsten Theorie zufolge hatte die Erdatmosphäre im Laufe der Zeit vier verschiedene Zusammensetzungen. Ursprünglich bestand es aus leichten Gasen (Wasserstoff und Helium), die aus dem interplanetaren Raum eingefangen wurden. Dies ist das sogenannte primäre Atmosphäre. Im nächsten Schritt führte die aktive vulkanische Aktivität zur Sättigung der Atmosphäre mit anderen Gasen als Wasserstoff (Kohlenwasserstoffe, Ammoniak, Wasserdampf). So ist es entstanden sekundäre Atmosphäre. Diese Atmosphäre war erholsam. Darüber hinaus wurde der Prozess der Atmosphärenbildung durch folgende Faktoren bestimmt:

• ständiger Austritt von Wasserstoff in den interplanetaren Raum;
• chemische Reaktionen, die in der Atmosphäre unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung, Blitzentladungen und einigen anderen Faktoren auftreten.

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

Die Entstehung von Leben und Sauerstoff

Mit dem Auftauchen lebender Organismen auf der Erde durch Photosynthese, begleitet von der Freisetzung von Sauerstoff und der Aufnahme von Kohlendioxid, begann sich die Zusammensetzung der Atmosphäre zu verändern. Es gibt jedoch Daten (Analyse der Isotopenzusammensetzung des Luftsauerstoffs und des bei der Photosynthese freigesetzten Isotopengehalts), die auf den geologischen Ursprung des Luftsauerstoffs hinweisen.

Ursprünglich wurde Sauerstoff für die Oxidation reduzierter Verbindungen – Kohlenwasserstoffe, in den Ozeanen enthaltene Eisenformen usw. – aufgewendet. Am Ende dieser Phase begann der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre anzusteigen.

In den 1990er Jahren wurden Experimente zur Schaffung eines geschlossenen Ökosystems („Biosphäre 2“) durchgeführt, bei denen es nicht gelang, ein stabiles System mit gleichmäßiger Luftzusammensetzung zu schaffen. Der Einfluss von Mikroorganismen führte zu einer Abnahme des Sauerstoffgehalts und einem Anstieg der Kohlendioxidmenge.

Stickstoff

Ausbildung große Menge N 2 entsteht durch die Oxidation der primären Ammoniak-Wasserstoff-Atmosphäre mit molekularem O 2, das angeblich vor etwa 3 Milliarden Jahren durch Photosynthese von der Oberfläche des Planeten zu kommen begann (nach einer anderen Version ist es Luftsauerstoff). geologischen Ursprungs). Stickstoff wird zu NO oxidiert obere Schichten Atmosphäre, wird in der Industrie eingesetzt und von stickstofffixierenden Bakterien gebunden, gleichzeitig wird durch Denitrifikation von Nitraten und anderen stickstoffhaltigen Verbindungen N 2 in die Atmosphäre freigesetzt.

Stickstoff N 2 ist ein Inertgas und reagiert nur unter bestimmten Bedingungen (z. B. während einer Blitzentladung). Cyanobakterien und einige Bakterien (z. B. Knöllchenbakterien, die mit Rhizobien eine Symbiose eingehen Hülsenfrüchte).

Die Oxidation von molekularem Stickstoff durch elektrische Entladungen wird bei der industriellen Herstellung von Stickstoffdüngern eingesetzt und führte auch zur Bildung einzigartiger Nitratvorkommen in der chilenischen Atacama-Wüste.

Edelgase

Die Kraftstoffverbrennung ist die Hauptquelle für Schadstoffe (CO, NO, SO2). Schwefeldioxid wird in den oberen Schichten der Atmosphäre durch Luft O 2 zu SO 3 oxidiert, das mit H 2 O- und NH 3-Dämpfen interagiert, und das entstehende H 2 SO 4 und (NH 4) 2 SO 4 kehren zur Erdoberfläche zurück zusammen mit Niederschlag. Der Einsatz von Verbrennungsmotoren führt zu einer erheblichen Luftverschmutzung mit Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen und Pb-Verbindungen.

Die Aerosolbelastung der Atmosphäre ist auf beide natürlichen Ursachen zurückzuführen (Vulkanausbrüche, Staubstürme, Mitreißen von Tröpfchen). Meerwasser und Pflanzenpollenpartikel usw.) und Wirtschaftstätigkeit Menschen (Erz- und Baustoffabbau, Brennstoffverbrennung, Zementherstellung usw.). Die intensive großflächige Freisetzung von Feinstaub in die Atmosphäre ist eine der möglichen Ursachen für den Klimawandel auf dem Planeten.

Die Struktur der Atmosphäre und Eigenschaften einzelner Muscheln

Der physikalische Zustand der Atmosphäre wird durch Wetter und Klima bestimmt. Grundparameter der Atmosphäre: Luftdichte, Druck, Temperatur und Zusammensetzung. Mit zunehmender Höhe nehmen Luftdichte und Luftdruck ab. Auch die Temperatur ändert sich mit Höhenunterschieden. Die vertikale Struktur der Atmosphäre ist durch unterschiedliche Temperatur- und elektrische Eigenschaften sowie unterschiedliche Luftbedingungen gekennzeichnet. Abhängig von der Temperatur in der Atmosphäre werden folgende Hauptschichten unterschieden: Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre, Exosphäre (Streusphäre). Die Übergangsbereiche der Atmosphäre zwischen benachbarten Schalen werden Tropopause, Stratopause usw. genannt.

Troposphäre

Stratosphäre

In der Stratosphäre bleibt der Großteil des kurzwelligen Anteils der ultravioletten Strahlung (180-200 nm) erhalten und die Energie der Kurzwellen wird umgewandelt. Unter dem Einfluss dieser Strahlen verändern sich Magnetfelder, Moleküle zerfallen, es kommt zu Ionisierung, Neubildung von Gasen und anderem Chemische Komponenten. Diese Prozesse können in Form von Nordlichtern, Blitzen und anderen Lichtern beobachtet werden.

In der Stratosphäre und höheren Schichten zerfallen Gasmoleküle unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung in Atome (über 80 km dissoziieren CO 2 und H 2, über 150 km - O 2, über 300 km - H 2). In einer Höhe von 100–400 km kommt es auch in der Ionosphäre zu einer Ionisierung von Gasen; in einer Höhe von 320 km beträgt die Konzentration geladener Teilchen (O + 2, O − 2, N + 2) ~ 1/300 Konzentration neutraler Teilchen. In den oberen Schichten der Atmosphäre gibt es freie Radikale – OH, HO 2 usw.

In der Stratosphäre gibt es fast keinen Wasserdampf.

Mesosphäre

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

In einer Höhe von etwa 2000–3000 km verwandelt sich die Exosphäre allmählich in das sogenannte weltraumnahe Vakuum, das mit hochverdünnten Teilchen interplanetaren Gases, hauptsächlich Wasserstoffatomen, gefüllt ist. Doch dieses Gas stellt nur einen Teil der interplanetaren Materie dar. Der andere Teil besteht aus Staubpartikeln kometen- und meteorischen Ursprungs. Zusätzlich zu diesen extrem verdünnten Teilchen dringt elektromagnetische und korpuskuläre Strahlung solaren und galaktischen Ursprungs in diesen Raum ein.

Die Troposphäre macht etwa 80 % der Masse der Atmosphäre aus, die Stratosphäre etwa 20 %; Die Masse der Mesosphäre beträgt nicht mehr als 0,3 %, die Thermosphäre beträgt weniger als 0,05 % der Gesamtmasse der Atmosphäre. Anhand der elektrischen Eigenschaften in der Atmosphäre werden Neutronosphäre und Ionosphäre unterschieden. Derzeit geht man davon aus, dass sich die Atmosphäre bis in eine Höhe von 2000–3000 km erstreckt.

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

Atmosphärische Eigenschaften

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

Die Atmosphäre versorgt uns mit dem zum Atmen notwendigen Sauerstoff. Allerdings aufgrund des Sturzes Gesamtdruck In der Atmosphäre nimmt der Sauerstoffpartialdruck mit zunehmender Höhe entsprechend ab.

Die menschliche Lunge enthält ständig etwa 3 Liter Alveolarluft. Sauerstoffpartialdruck in der Alveolarluft im Normalzustand Luftdruck beträgt 110 mmHg. Art., Kohlendioxiddruck - 40 mm Hg. Kunst. Art. und Wasserdampf −47 mm Hg. Kunst. Kunst. Mit zunehmender Höhe sinkt der Sauerstoffdruck und der Gesamtdampfdruck von Wasser und Kohlendioxid in der Lunge bleibt nahezu konstant – etwa 87 mm Hg. Kunst. Die Sauerstoffversorgung der Lunge wird vollständig unterbrochen, wenn der Umgebungsluftdruck diesen Wert erreicht.

In einer Höhe von etwa 19–20 km sinkt der Luftdruck auf 47 mm Hg. Kunst. Daher beginnen in dieser Höhe Wasser und interstitielle Flüssigkeit im menschlichen Körper zu kochen. Außerhalb der Druckkabine tritt in diesen Höhen fast augenblicklich der Tod ein. Aus menschlicher Physiologie beginnt der „Weltraum“ also bereits in einer Höhe von 15-19 km.

Dichte Luftschichten – die Troposphäre und die Stratosphäre – schützen uns vor den schädlichen Auswirkungen der Strahlung. Bei ausreichender Luftverdünnung hat ionisierende Strahlung – die primäre kosmische Strahlung – in Höhen über 36 km eine intensive Wirkung auf den Körper; In Höhen über 40 km ist der ultraviolette Teil des Sonnenspektrums für den Menschen gefährlich.

Atmosphäre (aus dem Altgriechischen ἀτμός – Dampf und σφαῖρα – Kugel) ist eine Gashülle (Geosphäre), die den Planeten Erde umgibt. Seine innere Oberfläche bedeckt die Hydrosphäre und teilweise die Erdkruste, während seine äußere Oberfläche an den erdnahen Teil des Weltraums grenzt.

Die Gesamtheit der Zweige der Physik und Chemie, die sich mit der Atmosphäre befassen, wird üblicherweise als Atmosphärenphysik bezeichnet. Die Atmosphäre bestimmt das Wetter auf der Erdoberfläche, die Meteorologie untersucht das Wetter und die Klimatologie befasst sich mit langfristigen Klimaschwankungen.

Physikalische Eigenschaften

Die Dicke der Atmosphäre beträgt etwa 120 km von der Erdoberfläche entfernt. Die Gesamtluftmasse in der Atmosphäre beträgt (5,1-5,3) 1018 kg. Davon beträgt die Masse der trockenen Luft (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, die Gesamtmasse des Wasserdampfs beträgt durchschnittlich 1,27 · 1016 kg.

Die Molmasse sauberer trockener Luft beträgt 28,966 g/mol und die Dichte der Luft an der Meeresoberfläche beträgt etwa 1,2 kg/m3. Der Druck bei 0 °C auf Meereshöhe beträgt 101,325 kPa; kritische Temperatur – −140,7 °C (~132,4 K); kritischer Druck - 3,7 MPa; Cp bei 0 °C – 1,0048·103 J/(kg·K), Cv – 0,7159·103 J/(kg·K) (bei 0 °C). Löslichkeit von Luft in Wasser (nach Masse) bei 0 °C – 0,0036 %, bei 25 °C – 0,0023 %.

Hinter " normale Bedingungen» An der Erdoberfläche werden akzeptiert: Dichte 1,2 kg/m3, Luftdruck 101,35 kPa, Temperatur plus 20 °C und relative Luftfeuchtigkeit 50 %. Diese bedingten Indikatoren haben rein technische Bedeutung.

Chemische Zusammensetzung

Die Erdatmosphäre entstand durch die Freisetzung von Gasen bei Vulkanausbrüchen. Mit der Entstehung der Ozeane und der Biosphäre entstand es durch den Gasaustausch mit Wasser, Pflanzen, Tieren und deren Zersetzungsprodukten in Böden und Sümpfen.

Derzeit besteht die Erdatmosphäre hauptsächlich aus Gasen und verschiedenen Verunreinigungen (Staub, Wassertröpfchen, Eiskristalle, Meersalze, Verbrennungsprodukte).

Die Konzentration der Gase, aus denen die Atmosphäre besteht, ist nahezu konstant, mit Ausnahme von Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2).

Zusammensetzung trockener Luft

Zusätzlich zu den in der Tabelle angegebenen Gasen enthält die Atmosphäre SO2, NH3, CO, Ozon, Kohlenwasserstoffe, HCl, HF, Hg-Dampf, I2 sowie NO und viele andere Gase in geringen Mengen. Die Troposphäre enthält ständig eine große Menge an suspendierten festen und flüssigen Partikeln (Aerosol).

Die Struktur der Atmosphäre

Troposphäre

Seine Obergrenze liegt in einer Höhe von 8–10 km in polaren, 10–12 km in gemäßigten und 16–18 km in tropischen Breiten; im Winter niedriger als im Sommer. Die untere Hauptschicht der Atmosphäre enthält mehr als 80 % der Gesamtmasse der atmosphärischen Luft und etwa 90 % des gesamten in der Atmosphäre vorhandenen Wasserdampfs. In der Troposphäre sind Turbulenzen und Konvektion stark ausgeprägt, es entstehen Wolken und es entstehen Zyklone und Antizyklone. Die Temperatur nimmt mit zunehmender Höhe ab, wobei der durchschnittliche vertikale Gradient 0,65°/100 m beträgt

Tropopause

Die Übergangsschicht von der Troposphäre zur Stratosphäre, eine Schicht der Atmosphäre, in der der Temperaturabfall mit der Höhe aufhört.

Stratosphäre

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

Stratopause

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

Mesosphäre

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

Mesopause

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

Karman-Linie

Die Höhe über dem Meeresspiegel, die üblicherweise als Grenze zwischen der Erdatmosphäre und dem Weltraum angesehen wird. Laut FAI-Definition liegt die Karman-Linie auf einer Höhe von 100 km über dem Meeresspiegel.

Grenze der Erdatmosphäre

Thermosphäre

Die Obergrenze liegt bei etwa 800 km. Die Temperatur steigt bis in Höhen von 200–300 km an, erreicht dort Werte in der Größenordnung von 1500 K und bleibt danach bis in große Höhen nahezu konstant. Unter dem Einfluss ultravioletter und röntgenstrahlender Sonnenstrahlung sowie kosmischer Strahlung kommt es zur Ionisierung der Luft („Auroren“) – die Hauptbereiche der Ionosphäre liegen innerhalb der Thermosphäre. In Höhen über 300 km überwiegt atomarer Sauerstoff. Die Obergrenze der Thermosphäre wird maßgeblich durch die aktuelle Aktivität der Sonne bestimmt. In Zeiten geringer Aktivität – zum Beispiel in den Jahren 2008–2009 – kommt es zu einer merklichen Verringerung der Größe dieser Schicht.

Thermopause

Der an die Thermosphäre angrenzende Bereich der Atmosphäre. In dieser Region ist die Absorption der Sonnenstrahlung vernachlässigbar und die Temperatur ändert sich eigentlich nicht mit der Höhe.

Exosphäre (Streusphäre)

Die Exosphäre ist eine Ausbreitungszone, der äußere Teil der Thermosphäre, der sich oberhalb von 700 km befindet. Das Gas in der Exosphäre ist sehr verdünnt und von hier aus entweichen seine Partikel in den interplanetaren Raum (Dissipation).

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

In einer Höhe von etwa 2000–3500 km verwandelt sich die Exosphäre allmählich in das sogenannte weltraumnahe Vakuum, das mit hochverdünnten Teilchen interplanetaren Gases, hauptsächlich Wasserstoffatomen, gefüllt ist. Doch dieses Gas stellt nur einen Teil der interplanetaren Materie dar. Der andere Teil besteht aus Staubpartikeln kometen- und meteorischen Ursprungs. In diesen Raum dringt neben extrem verdünnten Staubpartikeln auch elektromagnetische und korpuskuläre Strahlung solaren und galaktischen Ursprungs ein.

Die Troposphäre macht etwa 80 % der Masse der Atmosphäre aus, die Stratosphäre etwa 20 %; Die Masse der Mesosphäre beträgt nicht mehr als 0,3 %, die Thermosphäre beträgt weniger als 0,05 % der Gesamtmasse der Atmosphäre. Anhand der elektrischen Eigenschaften in der Atmosphäre werden Neutronosphäre und Ionosphäre unterschieden. Derzeit geht man davon aus, dass sich die Atmosphäre bis in eine Höhe von 2000–3000 km erstreckt.

Abhängig von der Zusammensetzung des Gases in der Atmosphäre werden Homosphäre und Heterosphäre unterschieden. Die Heterosphäre ist ein Bereich, in dem die Schwerkraft die Trennung von Gasen beeinflusst, da ihre Vermischung in einer solchen Höhe vernachlässigbar ist. Dies impliziert eine variable Zusammensetzung der Heterosphäre. Darunter liegt ein gut gemischter, homogener Teil der Atmosphäre, der Homosphäre genannt wird. Die Grenze zwischen diesen Schichten wird Turbopause genannt; sie liegt in einer Höhe von etwa 120 km.

Weitere Eigenschaften der Atmosphäre und Auswirkungen auf den menschlichen Körper

Bereits in einer Höhe von 5 km über dem Meeresspiegel kommt es bei einem untrainierten Menschen zu Sauerstoffmangel und ohne Anpassung nimmt die Leistungsfähigkeit deutlich ab. Hier endet die physiologische Zone der Atmosphäre. In einer Höhe von 9 km ist das Atmen für den Menschen unmöglich, obwohl die Atmosphäre bis etwa 115 km Sauerstoff enthält.

Die Atmosphäre versorgt uns mit dem zum Atmen notwendigen Sauerstoff. Aufgrund des Abfalls des Gesamtdrucks der Atmosphäre nimmt jedoch mit zunehmender Höhe der Sauerstoffpartialdruck entsprechend ab.

Die menschliche Lunge enthält ständig etwa 3 Liter Alveolarluft. Der Sauerstoffpartialdruck in der Alveolarluft beträgt bei normalem Atmosphärendruck 110 mmHg. Art., Kohlendioxiddruck - 40 mm Hg. Kunst. Art. und Wasserdampf - 47 mm Hg. Kunst. Kunst. Mit zunehmender Höhe sinkt der Sauerstoffdruck und der Gesamtdampfdruck von Wasser und Kohlendioxid in der Lunge bleibt nahezu konstant – etwa 87 mm Hg. Kunst. Die Sauerstoffversorgung der Lunge wird vollständig unterbrochen, wenn der Umgebungsluftdruck diesen Wert erreicht.

In einer Höhe von etwa 19–20 km sinkt der Luftdruck auf 47 mm Hg. Kunst. Daher beginnen in dieser Höhe Wasser und interstitielle Flüssigkeit im menschlichen Körper zu kochen. Außerhalb der Druckkabine tritt in diesen Höhen fast augenblicklich der Tod ein. Aus menschlicher Physiologie beginnt der „Weltraum“ also bereits in einer Höhe von 15-19 km.

Dichte Luftschichten – die Troposphäre und die Stratosphäre – schützen uns vor den schädlichen Auswirkungen der Strahlung. Bei ausreichender Luftverdünnung hat ionisierende Strahlung – die primäre kosmische Strahlung – in Höhen über 36 km eine intensive Wirkung auf den Körper; In Höhen über 40 km ist der ultraviolette Teil des Sonnenspektrums für den Menschen gefährlich.

Wenn wir eine immer größere Höhe über der Erdoberfläche erreichen, werden bekannte Phänomene, die in den unteren Schichten der Atmosphäre beobachtet werden, wie Schallausbreitung, das Auftreten von aerodynamischem Auftrieb und Widerstand, Wärmeübertragung durch Konvektion usw., allmählich schwächer und verschwinden dann vollständig.

In verdünnten Luftschichten ist eine Schallausbreitung unmöglich. Bis zu Höhen von 60-90 km ist es noch möglich, Luftwiderstand und Auftrieb für einen kontrollierten aerodynamischen Flug zu nutzen. Doch ab Höhen von 100-130 km verlieren die jedem Piloten vertrauten Begriffe M-Zahl und Schallmauer ihre Bedeutung: Es geht vorbei bedingte Zeile Tasche, hinter der der Bereich des rein ballistischen Fluges beginnt, der nur durch reaktive Kräfte kontrolliert werden kann.

In Höhen über 100 km fehlt der Atmosphäre eine weitere bemerkenswerte Eigenschaft – die Fähigkeit zur Absorption, Leitung und Übertragung Wärmeenergie durch Konvektion (d. h. durch Luftmischung). Dies bedeutet, dass verschiedene Ausrüstungselemente auf der orbitalen Raumstation nicht auf die gleiche Weise von außen gekühlt werden können, wie dies normalerweise in einem Flugzeug der Fall ist – mit Hilfe von Luftdüsen und Luftstrahlern. In einer solchen Höhe besteht, wie im Weltraum allgemein, die einzige Möglichkeit, Wärme zu übertragen Wärmestrahlung.

Geschichte der atmosphärischen Entstehung

Der gängigsten Theorie zufolge hatte die Erdatmosphäre im Laufe der Zeit drei verschiedene Zusammensetzungen. Ursprünglich bestand es aus leichten Gasen (Wasserstoff und Helium), die aus dem interplanetaren Raum eingefangen wurden. Dies ist die sogenannte Primäratmosphäre (vor etwa vier Milliarden Jahren). Im nächsten Schritt führte die aktive vulkanische Aktivität zur Sättigung der Atmosphäre mit anderen Gasen als Wasserstoff (Kohlendioxid, Ammoniak, Wasserdampf). So entstand die Sekundäratmosphäre (etwa drei Milliarden Jahre vor heute). Diese Atmosphäre war erholsam. Darüber hinaus wurde der Prozess der Atmosphärenbildung durch folgende Faktoren bestimmt:

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

Allmählich führten diese Faktoren zur Bildung einer tertiären Atmosphäre, die durch viel weniger Wasserstoff und viel mehr Stickstoff und Kohlendioxid (entstanden durch chemische Reaktionen aus Ammoniak und Kohlenwasserstoffen) gekennzeichnet ist.

Stickstoff

Die Bildung einer großen Menge Stickstoff N2 ist auf die Oxidation der Ammoniak-Wasserstoff-Atmosphäre durch molekularen Sauerstoff O2 zurückzuführen, der vor 3 Milliarden Jahren durch Photosynthese von der Oberfläche des Planeten austrat. Auch durch Denitrifikation von Nitraten und anderen stickstoffhaltigen Verbindungen gelangt Stickstoff N2 in die Atmosphäre. Stickstoff wird in der oberen Atmosphäre durch Ozon zu NO oxidiert.

Stickstoff N2 reagiert nur unter bestimmten Bedingungen (z. B. während einer Blitzentladung). Die Oxidation von molekularem Stickstoff durch Ozon bei elektrischen Entladungen wird in geringen Mengen bei der industriellen Herstellung von Stickstoffdüngern eingesetzt. Oxidieren Sie es mit geringem Energieverbrauch und wandeln Sie es in biologisches um Aktive Form Cyanobakterien (Blaualgen) und Knöllchenbakterien, die mit Hülsenfrüchten eine Rhizobiensymbiose eingehen, die sogenannten. Gründüngung.

Sauerstoff

Mit dem Auftauchen lebender Organismen auf der Erde begann sich die Zusammensetzung der Atmosphäre durch die Photosynthese, begleitet von der Freisetzung von Sauerstoff und der Aufnahme von Kohlendioxid, radikal zu verändern. Ursprünglich wurde Sauerstoff für die Oxidation reduzierter Verbindungen verwendet – Ammoniak, Kohlenwasserstoffe, in den Ozeanen enthaltene Eisenformen usw. Am Ende dieser Phase begann der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre anzusteigen. Allmählich bildete sich eine moderne Atmosphäre mit oxidierenden Eigenschaften. Da dies zu schwerwiegenden und plötzliche Veränderungen Da viele Prozesse in der Atmosphäre, Lithosphäre und Biosphäre ablaufen, wurde dieses Ereignis als Sauerstoffkatastrophe bezeichnet.

Während des Phanerozoikums veränderten sich die Zusammensetzung der Atmosphäre und der Sauerstoffgehalt. Sie korrelierten hauptsächlich mit der Ablagerungsrate organischer Sedimente. So lag der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre in Zeiten der Kohleansammlung offenbar deutlich über dem heutigen Niveau.

Kohlendioxid

Der CO2-Gehalt in der Atmosphäre hängt von der vulkanischen Aktivität und den chemischen Prozessen in den Erdhüllen ab, vor allem aber von der Intensität der Biosynthese und des Abbaus organischer Stoffe in der Biosphäre der Erde. Fast die gesamte aktuelle Biomasse des Planeten (ca. 2,4 · 1012 Tonnen) wird durch Kohlendioxid, Stickstoff und Wasserdampf gebildet, die in der atmosphärischen Luft enthalten sind. Im Meer, in Sümpfen und Wäldern vergrabene organische Stoffe werden in Kohle, Öl und Erdgas umgewandelt.

Edelgase

Quelle der Edelgase Argon, Helium und Krypton – Vulkanausbrüche und -zerfall radioaktive Elemente. Die Erde im Allgemeinen und die Atmosphäre im Besonderen sind im Vergleich zum Weltraum arm an Inertgasen. Es wird angenommen, dass der Grund dafür in der kontinuierlichen Leckage von Gasen in den interplanetaren Raum liegt.

Luftverschmutzung

IN In letzter Zeit Der Mensch begann, die Entwicklung der Atmosphäre zu beeinflussen. Das Ergebnis seiner Aktivitäten war stetiges Wachstum der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre aufgrund der Verbrennung von Kohlenwasserstoffbrennstoffen, die sich in früheren geologischen Epochen angesammelt haben. Bei der Photosynthese werden riesige Mengen CO2 verbraucht und von den Weltmeeren aufgenommen. Dieses Gas gelangt durch die Zersetzung von Karbonatgesteinen und organischen Substanzen pflanzlichen und tierischen Ursprungs sowie durch Vulkanismus und menschliche Industrietätigkeit in die Atmosphäre. In den letzten 100 Jahren ist der CO2-Gehalt in der Atmosphäre um 10 % gestiegen, wobei der Großteil (360 Milliarden Tonnen) aus der Kraftstoffverbrennung stammt. Wenn die Wachstumsrate der Kraftstoffverbrennung anhält, wird sich die CO2-Menge in der Atmosphäre in den nächsten 200 bis 300 Jahren verdoppeln und könnte zu einem globalen Klimawandel führen.

Die Kraftstoffverbrennung ist die Hauptquelle für Schadstoffe (CO, NO, SO2). Schwefeldioxid wird in den oberen Schichten der Atmosphäre durch Luftsauerstoff zu SO3 und Stickoxid zu NO2 oxidiert, die wiederum mit Wasserdampf interagieren, und die dabei entstehende Schwefelsäure H2SO4 und Salpetersäure HNO3 fallen auf die Erdoberfläche Form des sogenannten. saurer Regen. Der Einsatz von Verbrennungsmotoren führt zu einer erheblichen Luftverschmutzung mit Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen und Bleiverbindungen (Tetraethylblei) Pb(CH3CH2)4.

Die Aerosolverschmutzung der Atmosphäre wird sowohl durch natürliche Ursachen (Vulkanausbrüche, Staubstürme, Mitreißen von Meerwassertropfen und Pflanzenpollen usw.) als auch durch menschliche Wirtschaftsaktivitäten (Bergbau von Erzen und Baumaterialien, Verbrennung von Brennstoff, Herstellung von Zement usw.) verursacht. ). Die intensive großflächige Freisetzung von Feinstaub in die Atmosphäre ist eine der möglichen Ursachen für den Klimawandel auf dem Planeten.

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Zusammensetzung der Atmosphäre. Die Lufthülle unseres Planeten - Atmosphäre schützt die Erdoberfläche vor den schädlichen Auswirkungen der ultravioletten Strahlung der Sonne auf lebende Organismen. Es schützt die Erde auch vor kosmischen Partikeln – Staub und Meteoriten.

Die Atmosphäre besteht aus einem mechanischen Gasgemisch: 78 % ihres Volumens bestehen aus Stickstoff, 21 % aus Sauerstoff und weniger als 1 % aus Helium, Argon, Krypton und anderen Inertgasen. Die Menge an Sauerstoff und Stickstoff in der Luft bleibt praktisch unverändert, da sich Stickstoff fast nicht mit anderen Stoffen verbindet, sondern mit Sauerstoff, der zwar sehr aktiv ist und für Atmung, Oxidation und Verbrennung verbraucht wird, aber von Pflanzen ständig nachgefüllt wird.

Bis zu einer Höhe von ca. 100 km Prozentsatz dieser Gase bleibt nahezu unverändert. Dies liegt daran, dass die Luft ständig vermischt wird.

Zusätzlich zu den genannten Gasen enthält die Atmosphäre etwa 0,03 % Kohlendioxid, das meist in der Nähe der Erdoberfläche konzentriert und ungleichmäßig verteilt ist: In Städten, Industriezentren und Gebieten mit vulkanischer Aktivität nimmt seine Menge zu.

In der Atmosphäre gibt es immer eine gewisse Menge an Verunreinigungen – Wasserdampf und Staub. Der Wasserdampfgehalt hängt von der Lufttemperatur ab: Je höher die Temperatur, desto mehr Dampf kann die Luft aufnehmen. Aufgrund der Anwesenheit von dampfförmigem Wasser in der Luft sind atmosphärische Phänomene wie Regenbögen, Brechung des Sonnenlichts usw. möglich.

Staub gelangt bei Vulkanausbrüchen, Sand- und Staubstürmen, bei unvollständiger Brennstoffverbrennung in Wärmekraftwerken usw. in die Atmosphäre.

Die Struktur der Atmosphäre. Die Dichte der Atmosphäre ändert sich mit der Höhe: Sie ist an der Erdoberfläche am höchsten und nimmt mit zunehmender Höhe ab. Somit ist die Dichte der Atmosphäre in einer Höhe von 5,5 km doppelt so hoch und in einer Höhe von 11 km viermal geringer als in der Oberflächenschicht.

Abhängig von der Dichte, Zusammensetzung und Eigenschaften der Gase wird die Atmosphäre in fünf konzentrische Schichten unterteilt (Abb. 34).

Reis. 34. Vertikalschnitt der Atmosphäre (Schichtung der Atmosphäre)

1. Die unterste Schicht heißt Troposphäre. Seine obere Grenze verläuft in einer Höhe von 8–10 km an den Polen und 16–18 km am Äquator. Die Troposphäre enthält bis zu 80 % der Gesamtmasse der Atmosphäre und fast den gesamten Wasserdampf.

Die Lufttemperatur in der Troposphäre nimmt mit der Höhe alle 100 m um 0,6 °C ab und beträgt an ihrer Obergrenze -45–55 °C.

Die Luft in der Troposphäre ist ständig gemischt und bewegt sich in verschiedene Richtungen. Nur hier werden Nebel, Regen, Schneefälle, Gewitter, Stürme und andere Wetterphänomene beobachtet.

2. Befindet sich oben Stratosphäre, die sich bis zu einer Höhe von 50-55 km erstreckt. Luftdichte und Druck in der Stratosphäre sind vernachlässigbar. Dünne Luft besteht aus den gleichen Gasen wie in der Troposphäre, enthält jedoch mehr Ozon. Die höchste Ozonkonzentration wird in einer Höhe von 15–30 km beobachtet. Die Temperatur in der Stratosphäre nimmt mit der Höhe zu und erreicht an ihrer oberen Grenze 0 °C und mehr. Denn Ozon absorbiert kurzwellige Energie der Sonne und führt so zu einer Erwärmung der Luft.

3. Liegt über der Stratosphäre Mesosphäre, erstreckt sich bis zu einer Höhe von 80 km. Dort sinkt die Temperatur wieder und erreicht -90 °C. Die Luftdichte ist dort 200-mal geringer als an der Erdoberfläche.

4. Darüber befindet sich die Mesosphäre Thermosphäre(von 80 bis 800 km). Die Temperatur in dieser Schicht steigt: in 150 km Höhe auf 220 °C; in 600 km Höhe bis zu 1500 °C. Atmosphärische Gase (Stickstoff und Sauerstoff) befinden sich in einem ionisierten Zustand. Unter dem Einfluss kurzwelliger Sonnenstrahlung lösen sich einzelne Elektronen aus den Atomhüllen. Als Ergebnis in dieser Schicht - Ionosphäre Es entstehen Schichten geladener Teilchen. Ihre dichteste Schicht liegt in einer Höhe von 300–400 km. Aufgrund der geringen Dichte Sonnenstrahlen Sie zerstreuen sich dort nicht, daher ist der Himmel schwarz, Sterne und Planeten leuchten hell darauf.

In der Ionosphäre gibt es Polar Lichter, mächtig elektrische Ströme die Störungen verursachen Magnetfeld Erde.

5. Oberhalb von 800 km ist die äußere Hülle - Exosphäre. Die Bewegungsgeschwindigkeit einzelner Partikel in der Exosphäre nähert sich dem kritischen Wert von 11,2 mm/s, sodass einzelne Partikel die Schwerkraft überwinden und in den Weltraum entkommen können.

Die Bedeutung von Atmosphäre. Die Rolle der Atmosphäre im Leben unseres Planeten ist außergewöhnlich groß. Ohne sie wäre die Erde tot. Die Atmosphäre schützt die Erdoberfläche vor extremer Erwärmung und Abkühlung. Seine Wirkung lässt sich mit der Rolle von Glas in Gewächshäusern vergleichen: Es lässt die Sonnenstrahlen durch und verhindert Wärmeverluste.

Die Atmosphäre schützt lebende Organismen vor kurzwelliger und korpuskularer Strahlung der Sonne. Die Atmosphäre ist die Umgebung, in der Wetterphänomene auftreten, mit denen alle menschlichen Aktivitäten verbunden sind. Die Untersuchung dieser Schale wird an meteorologischen Stationen durchgeführt. Tag und Nacht und bei jedem Wetter überwachen Meteorologen den Zustand der unteren Atmosphärenschicht. Viermal täglich und an vielen Stationen stündlich messen sie Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit, notieren Bewölkung, Windrichtung und -geschwindigkeit, Niederschlagsmenge, elektrische und akustische Phänomene in der Atmosphäre. Meteorologische Stationen gibt es überall: in der Antarktis und in tropischen Regenwäldern, auf hohen Bergen und in weiten Teilen der Tundra. Auch von speziell gebauten Schiffen aus werden Beobachtungen auf den Ozeanen durchgeführt.

Seit den 30er Jahren. 20. Jahrhundert Die Beobachtungen begannen in der freien Atmosphäre. Sie begannen mit dem Start von Radiosonden, die eine Höhe von 25 bis 35 km erreichen und mithilfe von Funkgeräten Informationen über Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit und Windgeschwindigkeit zur Erde übertragen. Heutzutage sind auch meteorologische Raketen und Satelliten weit verbreitet. Letztere verfügen über Fernsehanlagen, die Bilder der Erdoberfläche und der Wolken übertragen.

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5. Die Lufthülle der Erde§ 31. Erwärmung der Atmosphäre

Atmosphäre(vom griechischen atmos – Dampf und spharia – Kugel) – Lufthülle Die Erde dreht sich mit. Die Entwicklung der Atmosphäre stand in engem Zusammenhang mit den auf unserem Planeten ablaufenden geologischen und geochemischen Prozessen sowie mit den Aktivitäten lebender Organismen.

Die untere Grenze der Atmosphäre fällt mit der Erdoberfläche zusammen, da Luft in die kleinsten Poren des Bodens eindringt und sich auch im Wasser löst.

Die obere Grenze in einer Höhe von 2000–3000 km geht allmählich in den Weltraum über.

Dank der sauerstoffhaltigen Atmosphäre ist Leben auf der Erde möglich. Luftsauerstoff Wird im Atmungsprozess von Menschen, Tieren und Pflanzen verwendet.

Gäbe es keine Atmosphäre, wäre die Erde so ruhig wie der Mond. Schließlich ist Schall die Schwingung von Luftpartikeln. Die blaue Farbe des Himmels erklärt sich dadurch, dass die Sonnenstrahlen, die wie durch eine Linse durch die Atmosphäre dringen, in ihre Einzelfarben zerlegt werden. In diesem Fall werden die Strahlen von Blau und Blau am stärksten gestreut.

Die Atmosphäre bleibt am meisten ultraviolette Strahlung der Sonne, die sich schädlich auf lebende Organismen auswirkt. Außerdem speichert es die Wärme nahe der Erdoberfläche und verhindert so eine Abkühlung unseres Planeten.

Die Struktur der Atmosphäre

In der Atmosphäre lassen sich mehrere Schichten unterschiedlicher Dichte unterscheiden (Abb. 1).

Troposphäre

Troposphäre- die unterste Schicht der Atmosphäre, deren Dicke über den Polen 8–10 km, in gemäßigten Breiten 10–12 km und über dem Äquator 16–18 km beträgt.

Reis. 1. Die Struktur der Erdatmosphäre

Die Luft in der Troposphäre wird durch die Erdoberfläche, also durch Land und Wasser, erwärmt. Daher nimmt die Lufttemperatur in dieser Schicht mit der Höhe alle 100 m um durchschnittlich 0,6 °C ab. An der oberen Grenze der Troposphäre erreicht sie -55 °C. Gleichzeitig beträgt die Lufttemperatur im Bereich des Äquators an der oberen Grenze der Troposphäre -70 °C und im Bereich des Nordpols -65 °C.

Etwa 80 % der Masse der Atmosphäre sind in der Troposphäre konzentriert, fast der gesamte Wasserdampf befindet sich, es kommt zu Gewittern, Stürmen, Wolken und Niederschlägen sowie zu vertikaler (Konvektion) und horizontaler (Wind) Luftbewegung.

Wir können sagen, dass das Wetter hauptsächlich in der Troposphäre entsteht.

Stratosphäre

Stratosphäre- eine Schicht der Atmosphäre, die sich oberhalb der Troposphäre in einer Höhe von 8 bis 50 km befindet. Die Farbe des Himmels in dieser Schicht erscheint violett, was durch die dünne Luft erklärt wird, wodurch die Sonnenstrahlen fast nicht gestreut werden.

20 % der Masse der Atmosphäre sind in der Stratosphäre konzentriert. Die Luft in dieser Schicht ist verdünnt, es gibt praktisch keinen Wasserdampf und daher bilden sich fast keine Wolken und Niederschläge. In der Stratosphäre werden jedoch stabile Luftströmungen beobachtet, deren Geschwindigkeit 300 km/h erreicht.

Diese Schicht ist konzentriert Ozon(Ozonschirm, Ozonosphäre), eine Schicht, die ultraviolette Strahlen absorbiert, sie daran hindert, die Erde zu erreichen und dadurch lebende Organismen auf unserem Planeten schützt. Dank Ozon liegt die Lufttemperatur an der oberen Grenze der Stratosphäre zwischen -50 und 4-55 °C.

Zwischen Mesosphäre und Stratosphäre liegt Übergangszone- Stratopause.

Mesosphäre

Mesosphäre- eine Schicht der Atmosphäre in einer Höhe von 50-80 km. Die Luftdichte ist hier 200-mal geringer als an der Erdoberfläche. Die Farbe des Himmels in der Mesosphäre erscheint schwarz und tagsüber sind Sterne sichtbar. Die Lufttemperatur sinkt auf -75 (-90)°C.

Auf einer Höhe von 80 km beginnt Thermosphäre. Die Lufttemperatur in dieser Schicht steigt bis zu einer Höhe von 250 m stark an und wird dann konstant: In einer Höhe von 150 km erreicht sie 220–240 °C; in einer Höhe von 500-600 km übersteigt die Temperatur 1500 °C.

In der Mesosphäre und Thermosphäre zerfallen Gasmoleküle unter dem Einfluss kosmischer Strahlung in geladene (ionisierte) Atomteilchen, so wird dieser Teil der Atmosphäre genannt Ionosphäre- eine Schicht sehr verdünnter Luft, die sich in einer Höhe von 50 bis 1000 km befindet und hauptsächlich aus ionisierten Sauerstoffatomen, Stickoxidmolekülen und freien Elektronen besteht. Diese Schicht zeichnet sich durch eine hohe Elektrifizierung aus und von ihr werden lange und mittlere Radiowellen wie von einem Spiegel reflektiert.

In der Ionosphäre treten Polarlichter auf – das Leuchten verdünnter Gase unter dem Einfluss elektrisch geladener Teilchen, die von der Sonne fliegen – und es werden starke Schwankungen im Magnetfeld beobachtet.

Exosphäre

Exosphäre- die äußere Schicht der Atmosphäre oberhalb von 1000 km. Diese Schicht wird auch Streukugel genannt, da sich Gasteilchen hier mit hoher Geschwindigkeit bewegen und in den Weltraum gestreut werden können.

Atmosphärische Komposition

Die Atmosphäre ist ein Gasgemisch bestehend aus Stickstoff (78,08 %), Sauerstoff (20,95 %), Kohlendioxid (0,03 %), Argon (0,93 %), einer kleinen Menge Helium, Neon, Xenon, Krypton (0,01 %). Ozon und andere Gase, ihr Gehalt ist jedoch vernachlässigbar (Tabelle 1). Die heutige Zusammensetzung der Erdluft wurde vor mehr als hundert Millionen Jahren ermittelt, ist jedoch stark gestiegen Produktionstätigkeit Der Mensch führte dennoch zu seiner Veränderung. Derzeit ist ein Anstieg des CO 2 -Gehalts um ca. 10-12 % zu verzeichnen.

Die Gase, aus denen die Atmosphäre besteht, erfüllen verschiedene Aufgaben funktionale Rollen. Die Hauptbedeutung dieser Gase liegt jedoch vor allem darin begründet, dass sie Strahlungsenergie sehr stark absorbieren und dadurch einen erheblichen Einfluss haben Temperaturregime Erdoberfläche und Atmosphäre.

Tabelle 1. Chemische Zusammensetzung trockene atmosphärische Luft in der Nähe der Erdoberfläche

Stickstoff, Es ist das am häufigsten vorkommende Gas in der Atmosphäre und chemisch wenig aktiv.

Sauerstoff ist im Gegensatz zu Stickstoff ein chemisch sehr aktives Element. Die spezifische Funktion von Sauerstoff ist die Oxidation organische Substanz heterotrophe Organismen, Gesteine ​​und unteroxidierte Gase, die von Vulkanen in die Atmosphäre freigesetzt werden. Ohne Sauerstoff gäbe es keine Zersetzung abgestorbener organischer Stoffe.

Die Rolle von Kohlendioxid in der Atmosphäre ist äußerst groß. Es gelangt durch Verbrennungsprozesse, Atmung lebender Organismen, Zerfall in die Atmosphäre und ist vor allem der Hauptbestandteil Baumaterial um bei der Photosynthese organisches Material zu erzeugen. Darüber hinaus ist die Fähigkeit von Kohlendioxid, kurzwellige Sonnenstrahlung durchzulassen und einen Teil der thermischen langwelligen Strahlung zu absorbieren, von großer Bedeutung, wodurch der sogenannte Treibhauseffekt entsteht, auf den im Folgenden eingegangen wird.

Auch atmosphärische Prozesse, insbesondere das thermische Regime der Stratosphäre, werden beeinflusst Ozon. Dieses Gas dient als natürlicher Absorber der ultravioletten Strahlung der Sonne und die Absorption der Sonnenstrahlung führt zu einer Erwärmung der Luft. Die durchschnittlichen monatlichen Werte des gesamten Ozongehalts in der Atmosphäre variieren je nach Breitengrad und Jahreszeit im Bereich von 0,23 bis 0,52 cm (dies ist die Dicke der Ozonschicht bei Bodendruck und Temperatur). Der Ozongehalt nimmt vom Äquator bis zu den Polen zu und verläuft jährlich mit einem Minimum im Herbst und einem Maximum im Frühjahr.

Eine charakteristische Eigenschaft der Atmosphäre ist, dass sich der Gehalt der Hauptgase (Stickstoff, Sauerstoff, Argon) mit der Höhe leicht ändert: In einer Höhe von 65 km in der Atmosphäre beträgt der Stickstoffgehalt 86 %, Sauerstoff - 19, Argon - 0,91 , in einer Höhe von 95 km - Stickstoff 77, Sauerstoff - 21,3, Argon - 0,82 %. Die Konstanz der Zusammensetzung der atmosphärischen Luft vertikal und horizontal wird durch ihre Mischung aufrechterhalten.

Neben Gasen enthält die Luft Wasserdampf Und feste Partikel. Letztere können sowohl natürlichen als auch künstlichen (anthropogenen) Ursprungs sein. Das Pollen, winzige Salzkristalle, Straßenstaub, Aerosolverunreinigungen. Wenn die Sonnenstrahlen durch das Fenster dringen, sind sie mit bloßem Auge sichtbar.

Besonders viele Feinstaubpartikel befinden sich in der Luft von Städten und großen Industriezentren, wo zu den Aerosolen Emissionen schädlicher Gase und deren Verunreinigungen, die bei der Kraftstoffverbrennung entstehen, hinzukommen.

Die Konzentration der Aerosole in der Atmosphäre bestimmt die Transparenz der Luft, die sich auf die Sonnenstrahlung auswirkt, die die Erdoberfläche erreicht. Die größten Aerosole sind Kondensationskeime (von lat. Kondensation- Verdichtung, Verdickung) - tragen zur Umwandlung von Wasserdampf in Wassertröpfchen bei.

Die Bedeutung von Wasserdampf wird vor allem dadurch bestimmt, dass er langwellige Wärmestrahlung von der Erdoberfläche verzögert; stellt die Hauptverbindung großer und kleiner Feuchtigkeitskreisläufe dar; erhöht die Lufttemperatur bei der Kondensation von Wasserbetten.

Die Menge an Wasserdampf in der Atmosphäre variiert zeitlich und räumlich. So liegt die Wasserdampfkonzentration an der Erdoberfläche zwischen 3 % in den Tropen und 2-10 (15) % in der Antarktis.

Der durchschnittliche Wasserdampfgehalt in der vertikalen Säule der Atmosphäre in gemäßigten Breiten beträgt etwa 1,6-1,7 cm (das ist die Dicke der Schicht aus kondensiertem Wasserdampf). Informationen über Wasserdampf in verschiedenen Schichten der Atmosphäre sind widersprüchlich. Beispielsweise wurde angenommen, dass im Höhenbereich von 20 bis 30 km die spezifische Luftfeuchtigkeit mit der Höhe stark zunimmt. Spätere Messungen deuten jedoch auf eine größere Trockenheit der Stratosphäre hin. Offenbar ist die spezifische Luftfeuchtigkeit in der Stratosphäre wenig höhenabhängig und beträgt 2-4 mg/kg.

Die Variabilität des Wasserdampfgehalts in der Troposphäre wird durch das Zusammenspiel der Prozesse Verdunstung, Kondensation und horizontalen Transport bestimmt. Durch die Kondensation von Wasserdampf bilden sich Wolken und Niederschläge fallen in Form von Regen, Hagel und Schnee.

Die Prozesse der Phasenübergänge von Wasser finden überwiegend in der Troposphäre statt, weshalb Wolken in der Stratosphäre (in Höhen von 20–30 km) und Mesosphäre (in der Nähe der Mesopause), sogenannte Perlmutt- und Silberwolken, relativ selten beobachtet werden, während troposphärische Wolken bedecken oft etwa 50 % der gesamten Erdoberfläche.

Die Menge an Wasserdampf, die in der Luft enthalten sein kann, hängt von der Lufttemperatur ab.

1 m 3 Luft mit einer Temperatur von -20 °C darf nicht mehr als 1 g Wasser enthalten; bei 0 °C - nicht mehr als 5 g; bei +10 °C - nicht mehr als 9 g; bei +30 °C - nicht mehr als 30 g Wasser.

Abschluss: Je höher die Lufttemperatur, desto mehr Wasserdampf kann sie enthalten.

Die Luft mag sein reich Und nicht gesättigt Wasserdampf. Wenn also bei einer Temperatur von +30 °C 1 m 3 Luft 15 g Wasserdampf enthält, ist die Luft nicht mit Wasserdampf gesättigt; wenn 30 g - gesättigt.

Absolute Feuchtigkeit- das ist die Menge an Wasserdampf, die in 1 m 3 Luft enthalten ist. Sie wird in Gramm ausgedrückt. Wenn es beispielsweise heißt „die absolute Luftfeuchtigkeit beträgt 15“, bedeutet dies, dass 1 mL 15 g Wasserdampf enthält.

Relative Luftfeuchtigkeit- Dies ist das Verhältnis (in Prozent) des tatsächlichen Wasserdampfgehalts in 1 m 3 Luft zur Wasserdampfmenge, die bei einer bestimmten Temperatur in 1 m L enthalten sein kann. Wenn das Radio beispielsweise einen Wetterbericht mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von 70 % sendet, bedeutet dies, dass die Luft 70 % des Wasserdampfs enthält, den sie bei dieser Temperatur aufnehmen kann.

Je höher die relative Luftfeuchtigkeit, d.h. Je näher die Luft einem Sättigungszustand ist, desto wahrscheinlicher ist Niederschlag.

In der Äquatorzone herrscht stets eine hohe (bis zu 90 %) relative Luftfeuchtigkeit, da sie dort das ganze Jahr über verbleibt hohe Temperatur Luft und große Verdunstung kommt von der Oberfläche der Ozeane. Die gleiche hohe relative Luftfeuchtigkeit herrscht auch in den Polarregionen, aber wann niedrige Temperaturen Schon eine kleine Menge Wasserdampf führt dazu, dass die Luft gesättigt oder nahezu gesättigt ist. In gemäßigten Breiten variiert die relative Luftfeuchtigkeit je nach Jahreszeit – im Winter ist sie höher, im Sommer niedriger.

In Wüsten ist die relative Luftfeuchtigkeit besonders niedrig: 1 m 1 Luft enthält dort zwei- bis dreimal weniger Wasserdampf, als bei einer bestimmten Temperatur möglich ist.

Zur Messung der relativen Luftfeuchtigkeit wird ein Hygrometer verwendet (von griechisch hygros – nass und metreco – ich messe).

Wenn gesättigte Luft abgekühlt ist, kann sie nicht die gleiche Menge an Wasserdampf speichern; sie verdickt sich (kondensiert) und verwandelt sich in Nebeltröpfchen. Nebel kann im Sommer in einer klaren, kühlen Nacht beobachtet werden.

Wolken- Das ist derselbe Nebel, nur dass er nicht an der Erdoberfläche, sondern in einer bestimmten Höhe entsteht. Beim Aufsteigen kühlt die Luft ab und der darin enthaltene Wasserdampf kondensiert. Die dabei entstehenden winzigen Wassertröpfchen bilden Wolken.

Dazu gehört auch die Wolkenbildung Feinstaub in der Troposphäre schwebend.

Wolken können vorhanden sein andere Form, was von den Bedingungen ihrer Entstehung abhängt (Tabelle 14).

Die tiefsten und schwersten Wolken sind Stratuswolken. Sie befinden sich in einer Höhe von 2 km über der Erdoberfläche. In einer Höhe von 2 bis 8 km sind malerischere Cumuluswolken zu beobachten. Die höchsten und leichtesten sind Zirruswolken. Sie liegen in einer Höhe von 8 bis 18 km über der Erdoberfläche.

Atmosphärenschutz

Die Hauptquelle ist Industrieunternehmen und Autos. In Großstädten ist das Problem der Gasverschmutzung auf Hauptverkehrswegen sehr akut. Aus diesem Grund haben viele Großstädte auf der ganzen Welt, darunter auch unser Land, eine Umweltkontrolle der Toxizität von Fahrzeugabgasen eingeführt. Laut Experten können Rauch und Staub in der Luft die Versorgung der Erdoberfläche mit Sonnenenergie um die Hälfte reduzieren, was zu einer Veränderung der natürlichen Bedingungen führen wird.