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✪ Raumschiff Erde (Episode 14) - Atmosphäre

✪ Warum wurde die Atmosphäre nicht in das Vakuum des Weltraums gezogen?

✪ Eintritt in die Erdatmosphäre des Raumfahrzeugs „Sojus TMA-8“

✪ Atmosphärenstruktur, Bedeutung, Studium

✪ O. S. Ugolnikov "Obere Atmosphäre. Begegnung von Erde und Weltraum"

Untertitel

Atmosphärengrenze

Als Atmosphäre bezeichnet man den Bereich um die Erde, in dem sich das gasförmige Medium zusammen mit der Erde als Ganzes dreht. Die Atmosphäre dringt allmählich in den interplanetaren Raum in der Exosphäre ein, beginnend in einer Höhe von 500-1000 km von der Erdoberfläche.

Gemäß der von der International Aviation Federation vorgeschlagenen Definition wird die Grenze zwischen Atmosphäre und Weltraum entlang der Karmana-Linie gezogen, die sich in einer Höhe von etwa 100 km befindet und oberhalb derer Luftflüge völlig unmöglich werden. Die NASA verwendet die 122-Kilometer-Marke (400.000 Fuß) als Grenze der Atmosphäre, an der die Shuttles vom angetriebenen Manövrieren zum aerodynamischen Manövrieren wechseln.

Physikalische Eigenschaften

Neben den in der Tabelle aufgeführten Gasen enthält die Atmosphäre Cl 2 (\displaystyle (\ce (Cl2))) , SO 2 (\displaystyle (\ce (SO2))) , NH3 (\displaystyle (\ce (NH3))) , CO (\displaystyle ((\ce (CO)))) , O 3 (\displaystyle ((\ce (O3)))) , NO 2 (\displaystyle (\ce (NO2))), Kohlenwasserstoffe , HCl (\displaystyle (\ce (HCl))) , HF (\displaystyle (\ce (HF))) , HBr (\displaystyle (\ce (HBr))) , HALLO (\displaystyle ((\ce (HI)))), Paare Hg (\displaystyle (\ce (Hg))) , I 2 (\displaystyle (\ce (I2))) , Br 2 (\displaystyle (\ce (Br2))), sowie viele andere Gase in kleinen Mengen. In der Troposphäre gibt es ständig eine große Menge an schwebenden festen und flüssigen Partikeln (Aerosol). Das seltenste Gas in der Erdatmosphäre ist Rn (\displaystyle (\ce (Rn))) .

Die Struktur der Atmosphäre

Grenzschicht der Atmosphäre

Die untere Schicht der Troposphäre (1-2 km dick), in der der Zustand und die Eigenschaften der Erdoberfläche die Dynamik der Atmosphäre direkt beeinflussen.

Troposphäre

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

Tropopause

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

Stratosphäre

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

Stratopause

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

Mesosphäre

Thermosphäre

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

Thermopause

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

Exosphäre (streuende Kugel)

Bis zu einer Höhe von 100 km ist die Atmosphäre ein homogenes, gut durchmischtes Gasgemisch. In höheren Schichten hängt die Höhenverteilung von Gasen von ihrer Molekülmasse ab, die Konzentration schwererer Gase nimmt mit zunehmender Entfernung von der Erdoberfläche schneller ab. Durch die Abnahme der Gasdichte sinkt die Temperatur von 0 °C in der Stratosphäre auf minus 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 der Gasdichte beobachtet.

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

Überprüfung

Die Troposphäre macht etwa 80 % der Masse der Atmosphäre aus, die Stratosphäre etwa 20 %; Die Masse der Mesosphäre beträgt nicht mehr als 0,3%, die Thermosphäre weniger als 0,05% der Gesamtmasse der Atmosphäre.

Basierend auf den elektrischen Eigenschaften in der Atmosphäre emittieren sie die Neutrosphäre und Ionosphäre .

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

Andere Eigenschaften der Atmosphäre und Auswirkungen auf den menschlichen Körper

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

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

Entstehungsgeschichte der Atmosphäre

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

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

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

Stickstoff

Die Bildung einer großen Menge Stickstoff ist auf die Oxidation der Ammoniak-Wasserstoff-Atmosphäre durch molekularen Sauerstoff zurückzuführen O 2 (\displaystyle (\ce (O2))), die vor 3 Milliarden Jahren als Ergebnis der Photosynthese von der Oberfläche des Planeten zu kommen begannen. Auch Stickstoff N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) wird durch die Denitrifikation von Nitraten und anderen stickstoffhaltigen Verbindungen in die Atmosphäre freigesetzt. Stickstoff wird durch Ozon zu oxidiert NEIN (\displaystyle ((\ce (NEIN)))) in den oberen Schichten der Atmosphäre.

Stickstoff N 2 (\displaystyle (\ce (N2))) reagiert nur unter bestimmten Bedingungen (z. B. bei einer Blitzentladung). Die Oxidation von molekularem Stickstoff durch Ozon während elektrischer Entladungen wird in kleinen Mengen bei der industriellen Herstellung von Stickstoffdüngemitteln verwendet. Es kann mit geringem Energieaufwand oxidiert und in eine biologisch aktive Form umgewandelt werden durch Cyanobakterien (Blaualgen) und Knöllchenbakterien, die eine rhizobische Symbiose mit Leguminosen bilden, die effektive Gründüngungspflanzen sein können, die den Boden nicht auslaugen, sondern anreichern mit natürlichen Düngemitteln.

Sauerstoff

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

Edelgase

Luftverschmutzung

In letzter Zeit hat der Mensch begonnen, die Entwicklung der Atmosphäre zu beeinflussen. Das Ergebnis menschlicher Aktivitäten war ein ständiger Anstieg des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre aufgrund der Verbrennung von Kohlenwasserstoffbrennstoffen, die sich in früheren geologischen Epochen angesammelt haben. Enorme Mengen werden bei der Photosynthese verbraucht und von den Weltmeeren aufgenommen. Dieses Gas gelangt durch die Zersetzung von Karbonatgestein und organischen Substanzen pflanzlichen und tierischen Ursprungs sowie durch Vulkanismus und menschliche Produktionsaktivitäten in die Atmosphäre. Über die letzten 100 Jahre Inhalt CO2 (\displaystyle (\ce (CO2))) in der Atmosphäre um 10 % zugenommen, wobei der Hauptteil (360 Milliarden Tonnen) aus der Brennstoffverbrennung stammt. Wenn die Wachstumsrate der Kraftstoffverbrennung anhält, dann in den nächsten 200-300 Jahren die Menge CO2 (\displaystyle (\ce (CO2))) verdoppelt sich in der Atmosphäre und kann dazu führen

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Die Bildung der Erdatmosphäre begann in der Antike - im protoplanetaren Stadium der Erdentwicklung, während der Zeit aktiver Vulkanausbrüche mit der Freisetzung riesiger Mengen von Gasen. Später, als Ozeane und die Biosphäre auf der Erde auftauchten, setzte sich die Bildung der Atmosphäre durch den Gasaustausch zwischen Wasser, Pflanzen, Tieren und deren Abbauprodukten fort.

Im Laufe der geologischen Geschichte hat die Erdatmosphäre eine Reihe tiefgreifender Veränderungen erfahren.

Primäre Atmosphäre der Erde. Wiederherstellung.

Teil Primäre Atmosphäre der Erde im protoplanetaren Stadium der Erdentwicklung (vor mehr als 4,2 Milliarden Jahren) waren überwiegend Methan, Ammoniak und Kohlendioxid enthalten. Durch die Entgasung des Erdmantels und kontinuierliche Verwitterungsprozesse an der Erdoberfläche wurde die Zusammensetzung der Primäratmosphäre der Erde dann mit Wasserdampf, Kohlenstoffverbindungen (CO 2 , CO) und Schwefel sowie starkem Halogen angereichert Säuren (HCI, HF, HI) und Borsäure. Die anfängliche Atmosphäre war sehr dünn.

Sekundäratmosphäre der Erde. Oxidativ.

Anschließend begann sich die Primäratmosphäre in eine Sekundäratmosphäre umzuwandeln. Dies geschah aufgrund der gleichen Verwitterungsprozesse, die auf der Erdoberfläche stattfanden, vulkanischer und solarer Aktivität sowie aufgrund der lebenswichtigen Aktivität von Cyanobakterien und Blaualgen.

Die Umwandlung führte zur Zersetzung von Methan in Wasserstoff und Kohlendioxid und von Ammoniak in Stickstoff und Wasserstoff. Kohlendioxid und Stickstoff begannen sich in der Erdatmosphäre anzusammeln.

Blaualgen begannen durch Photosynthese Sauerstoff zu produzieren, der fast vollständig für die Oxidation anderer Gase und Gesteine ​​verbraucht wurde. Dabei wurde Ammoniak zu molekularem Stickstoff, Methan und Kohlenmonoxid – zu Kohlendioxid, Schwefel und Schwefelwasserstoff – zu SO 2 und SO 3 oxidiert.

So wandelte sich die Atmosphäre allmählich von einer reduzierenden in eine oxidierende Atmosphäre.

Bildung und Entwicklung von Kohlendioxid in der Primär- und Sekundäratmosphäre.

Quellen von Kohlendioxid in den frühen Stadien der Bildung der Erdatmosphäre:

• Methanoxidation,
• Entgasung des Erdmantels,
• Verwitterung von Felsen.

An der Wende vom Proterozoikum zum Paläozoikum (vor etwa 600 Millionen Jahren) nahm der Gehalt an Kohlendioxid in der Atmosphäre ab und betrug nur noch Zehntelprozent des gesamten Gasvolumens in der Atmosphäre.

Der aktuelle Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre wurde erst vor 10-20 Millionen Jahren erreicht.

Bildung und Entwicklung von Sauerstoff in der primären und sekundären Atmosphäre der Erde.

Sauerstoffquellen frühen Stadien der atmosphärischen Bildung Länder:

• Entgasung des Erdmantels - fast der gesamte Sauerstoff wurde für oxidative Prozesse verbraucht.
• Photodissoziation von Wasser (Zersetzung in Wasserstoff- und Sauerstoffmoleküle) in der Atmosphäre unter Einwirkung von ultravioletter Strahlung - als Ergebnis traten freie Sauerstoffmoleküle in der Atmosphäre auf.
• Umwandlung von Kohlendioxid in Sauerstoff durch Eukaryoten. Das Auftreten von freiem Sauerstoff in der Atmosphäre führte zum Tod von Prokaryoten (angepasst an das Leben unter reduzierenden Bedingungen) und zur Entstehung von Eukaryoten (angepasst an das Leben in einer oxidierenden Umgebung).

Änderungen der Sauerstoffkonzentration in der Erdatmosphäre.

Archaikum - erste Hälfte des Proterozoikums – Sauerstoffkonzentration 0,01 % des aktuellen Niveaus (Urey-Punkt). Fast der gesamte entstehende Sauerstoff wurde für die Oxidation von Eisen und Schwefel verbraucht. Dies dauerte so lange, bis das gesamte Eisen auf der Erdoberfläche oxidiert war. Seitdem begann sich Sauerstoff in der Atmosphäre anzusammeln.

Die zweite Hälfte des Proterozoikums - das Ende des frühen Vendian – Die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre beträgt 0,1 % des aktuellen Niveaus (Pasteur-Punkt).

Spätvendisch-silurische Zeit. Freier Sauerstoff regte die Entwicklung des Lebens an - der anaerobe Fermentationsprozess wurde durch einen energetisch erfolgversprechenderen und fortschrittlicheren Sauerstoffstoffwechsel ersetzt. Seitdem hat sich die Ansammlung von Sauerstoff in der Atmosphäre ziemlich schnell vollzogen. Das Aufkommen von Pflanzen aus dem Meer an Land (vor 450 Millionen Jahren) führte zur Stabilisierung des Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre.

Mittlere Kreidezeit . Die endgültige Stabilisierung der Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre ist mit dem Auftreten blühender Pflanzen (vor 100 Millionen Jahren) verbunden.

Bildung und Entwicklung von Stickstoff in der primären und sekundären Atmosphäre der Erde.

Stickstoff entstand in den frühen Stadien der Erdentwicklung durch die Zersetzung von Ammoniak. Die Bindung von Luftstickstoff und seine Einlagerung in Meeressedimente begann mit dem Aufkommen von Organismen. Nach der Freisetzung lebender Organismen an Land begann Stickstoff in kontinentalen Sedimenten zu vergraben. Der Vorgang der Stickstofffixierung wurde mit dem Aufkommen der Landpflanzen besonders intensiviert.

Somit bestimmte die Zusammensetzung der Erdatmosphäre die Eigenschaften des Lebens von Organismen und trug zu ihrer Evolution, Entwicklung und Ansiedlung auf der Erdoberfläche bei. Aber in der Erdgeschichte gab es manchmal Fehler bei der Verteilung der Gaszusammensetzung. Grund dafür waren verschiedene Katastrophen, die sich während des Kryptozoikums und Phanerozoikums mehr als einmal ereigneten. Diese Fehler führten zum Massensterben der organischen Welt.

Die prozentuale Zusammensetzung der alten und modernen Atmosphäre der Erde ist in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1. Zusammensetzung der primären und modernen Atmosphäre der Erde.

Gase	Die Zusammensetzung der Erdatmosphäre
	Primäratmosphäre, %	Moderne Atmosphäre, %
Stickstoff N2
Sauerstoff O2
Ozon O3
Kohlendioxid CO2
Kohlenmonoxid CO
Wasserdampf
Argon Ar

Es war der Artikel „Bildung der Erdatmosphäre. Primäre und sekundäre Atmosphäre der Erde. Lesen Sie weiter: «

Die Atmosphäre ist die gasförmige Hülle unseres Planeten, die sich mit der Erde dreht. Das Gas in der Atmosphäre heißt Luft. Die Atmosphäre steht in Kontakt mit der Hydrosphäre und bedeckt teilweise die Lithosphäre. Aber es ist schwierig, die oberen Grenzen zu bestimmen. Herkömmlicherweise wird angenommen, dass sich die Atmosphäre etwa dreitausend Kilometer nach oben erstreckt. Dort fließt es fließend in den luftleeren Raum.

Die chemische Zusammensetzung der Erdatmosphäre

Die Entstehung der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre begann vor etwa vier Milliarden Jahren. Anfangs bestand die Atmosphäre nur aus leichten Gasen - Helium und Wasserstoff. Laut Wissenschaftlern waren die ersten Voraussetzungen für die Entstehung einer Gashülle um die Erde Vulkanausbrüche, die zusammen mit Lava eine riesige Menge an Gasen freisetzten. Anschließend begann der Gasaustausch mit Wasserräumen, mit lebenden Organismen, mit den Produkten ihrer Aktivität. Die Zusammensetzung der Luft änderte sich allmählich und wurde in ihrer heutigen Form vor mehreren Millionen Jahren festgelegt.

Die Hauptbestandteile der Atmosphäre sind Stickstoff (ca. 79 %) und Sauerstoff (20 %). Der restliche Anteil (1 %) entfällt auf folgende Gase: Argon, Neon, Helium, Methan, Kohlendioxid, Wasserstoff, Krypton, Xenon, Ozon, Ammoniak, Schwefeldioxid und Stickstoff, Lachgas und Kohlenmonoxid in diesem enthalten Prozent.

Außerdem enthält die Luft Wasserdampf und Feinstaub (Pflanzenpollen, Staub, Salzkristalle, Aerosolverunreinigungen).

Kürzlich haben Wissenschaftler bei einigen Luftinhaltsstoffen keine qualitative, sondern eine quantitative Veränderung festgestellt. Und der Grund dafür ist die Person und ihre Tätigkeit. Allein in den letzten 100 Jahren hat der Gehalt an Kohlendioxid deutlich zugenommen! Dies ist mit vielen Problemen behaftet, von denen das globalste der Klimawandel ist.

Entstehung von Wetter und Klima

Die Atmosphäre spielt eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung des Klimas und des Wetters auf der Erde. Vieles hängt von der Menge des Sonnenlichts, der Beschaffenheit der darunter liegenden Oberfläche und der atmosphärischen Zirkulation ab.

Schauen wir uns die Faktoren der Reihe nach an.

1. Die Atmosphäre überträgt die Wärme der Sonnenstrahlen und absorbiert schädliche Strahlung. Die alten Griechen wussten, dass die Sonnenstrahlen in unterschiedlichen Winkeln auf verschiedene Teile der Erde fallen. Das Wort "Klima" in der Übersetzung aus dem Altgriechischen bedeutet "Hang". Am Äquator fallen die Sonnenstrahlen also fast senkrecht, weil es hier sehr heiß ist. Je näher an den Polen, desto größer der Neigungswinkel. Und die Temperatur sinkt.

2. Aufgrund der ungleichmäßigen Erwärmung der Erde bilden sich in der Atmosphäre Luftströmungen. Sie werden nach ihrer Größe klassifiziert. Die kleinsten (zig und hundert Meter) sind lokale Winde. Darauf folgen Monsune und Passatwinde, Zyklone und Antizyklone, planetarische Frontzonen.

All diese Luftmassen sind ständig in Bewegung. Einige von ihnen sind ziemlich statisch. Zum Beispiel die Passatwinde, die aus den Subtropen Richtung Äquator wehen. Die Bewegung anderer ist weitgehend vom atmosphärischen Druck abhängig.

3. Der atmosphärische Druck ist ein weiterer Faktor, der die Klimabildung beeinflusst. Das ist der Luftdruck auf der Erdoberfläche. Wie Sie wissen, bewegen sich Luftmassen von einem Gebiet mit hohem atmosphärischem Druck zu einem Gebiet mit niedrigerem Luftdruck.

Insgesamt gibt es 7 Zonen. Der Äquator ist ein Tiefdruckgebiet. Außerdem auf beiden Seiten des Äquators bis zu den dreißigsten Breitengraden - ein Hochdruckgebiet. Von 30° auf 60° - wieder Unterdruck. Und von 60° bis zu den Polen - eine Hochdruckzone. Zwischen diesen Zonen zirkulieren Luftmassen. Diejenigen, die vom Meer an Land gehen, bringen Regen und schlechtes Wetter, und diejenigen, die von den Kontinenten wehen, bringen klares und trockenes Wetter. An Orten, an denen Luftströmungen aufeinanderprallen, bilden sich atmosphärische Frontzonen, die durch Niederschläge und raues, windiges Wetter gekennzeichnet sind.

Wissenschaftler haben bewiesen, dass sogar das Wohlbefinden eines Menschen vom atmosphärischen Druck abhängt. Nach internationalen Standards beträgt der normale atmosphärische Druck 760 mm Hg. Säule bei 0°C. Diese Zahl wird für die Landflächen berechnet, die fast bündig mit dem Meeresspiegel sind. Der Druck nimmt mit der Höhe ab. Daher zum Beispiel für St. Petersburg 760 mm Hg. - ist die Norm. Für das höher gelegene Moskau beträgt der Normaldruck jedoch 748 mm Hg.

Der Druck ändert sich nicht nur vertikal, sondern auch horizontal. Dies macht sich besonders beim Durchzug von Wirbelstürmen bemerkbar.

Die Struktur der Atmosphäre

Die Atmosphäre ist wie eine Torte. Und jede Schicht hat ihre eigenen Eigenschaften.

. Troposphäre ist die erdnächste Schicht. Die "Dicke" dieser Schicht ändert sich, wenn Sie sich vom Äquator entfernen. Oberhalb des Äquators erstreckt sich die Schicht 16-18 km nach oben, in gemäßigten Zonen - 10-12 km, an den Polen - 8-10 km.

Hier sind 80 % der Gesamtluftmasse und 90 % Wasserdampf enthalten. Hier bilden sich Wolken, Wirbelstürme und Hochdruckgebiete entstehen. Die Lufttemperatur hängt von der Höhe des Gebiets ab. Im Durchschnitt sinkt sie um 0,65 °C pro 100 Meter.

. Tropopause- Übergangsschicht der Atmosphäre. Seine Höhe beträgt mehrere hundert Meter bis 1-2 km. Die Lufttemperatur im Sommer ist höher als im Winter. So zum Beispiel über den Polen im Winter -65 ° C. Und über dem Äquator zu jeder Jahreszeit -70 ° C.

. Stratosphäre- Dies ist eine Schicht, deren obere Grenze in einer Höhe von 50-55 Kilometern verläuft. Die Turbulenz ist hier gering, der Wasserdampfgehalt in der Luft ist vernachlässigbar. Aber viel Ozon. Seine maximale Konzentration liegt in einer Höhe von 20-25 km. In der Stratosphäre beginnt die Lufttemperatur zu steigen und erreicht +0,8 ° C. Dies liegt daran, dass die Ozonschicht mit ultravioletter Strahlung interagiert.

. Stratopause- eine niedrige Zwischenschicht zwischen der Stratosphäre und der ihr folgenden Mesosphäre.

. Mesosphäre- Die obere Grenze dieser Schicht beträgt 80-85 Kilometer. Hier finden komplexe photochemische Prozesse unter Beteiligung freier Radikale statt. Sie sorgen für das sanfte blaue Leuchten unseres Planeten, das man vom Weltraum aus sieht.

Die meisten Kometen und Meteoriten verglühen in der Mesosphäre.

. Mesopause- die nächste Zwischenschicht, deren Lufttemperatur mindestens -90° beträgt.

. Thermosphäre- Die untere Grenze beginnt in einer Höhe von 80 - 90 km und die obere Grenze der Schicht verläuft ungefähr bei der Marke von 800 km. Die Lufttemperatur steigt. Sie kann von +500° C bis +1000° C schwanken. Tagsüber betragen die Temperaturschwankungen Hunderte von Grad! Aber die Luft ist hier so verdünnt, dass das Verständnis des Begriffs „Temperatur“, wie wir es uns vorstellen, hier nicht angebracht ist.

. Ionosphäre- vereint Mesosphäre, Mesopause und Thermosphäre. Die Luft besteht hier hauptsächlich aus Sauerstoff- und Stickstoffmolekülen sowie quasi neutralem Plasma. Die in die Ionosphäre einfallenden Sonnenstrahlen ionisieren Luftmoleküle stark. In der unteren Schicht (bis 90 km) ist der Ionisierungsgrad gering. Je höher, desto mehr Ionisierung. In einer Höhe von 100-110 km werden also Elektronen konzentriert. Dies trägt zur Reflexion von kurzen und mittleren Funkwellen bei.

Die wichtigste Schicht der Ionosphäre ist die obere, die sich in einer Höhe von 150-400 km befindet. Seine Besonderheit besteht darin, dass es Funkwellen reflektiert, was zur Übertragung von Funksignalen über große Entfernungen beiträgt.

In der Ionosphäre tritt ein solches Phänomen wie Aurora auf.

. Exosphäre- besteht aus Sauerstoff-, Helium- und Wasserstoffatomen. Das Gas in dieser Schicht ist sehr verdünnt, und oft entweichen Wasserstoffatome in den Weltraum. Daher wird diese Schicht als "Streuzone" bezeichnet.

Der erste Wissenschaftler, der darauf hinwies, dass unsere Atmosphäre Gewicht hat, war der Italiener E. Torricelli. Ostap Bender zum Beispiel beklagte im Roman „Das goldene Kalb“, dass jeder Mensch von einer 14 kg schweren Luftsäule gepresst werde! Aber der große Stratege hat sich ein wenig geirrt. Eine erwachsene Person erfährt einen Druck von 13-15 Tonnen! Aber wir spüren diese Schwere nicht, weil der atmosphärische Druck durch den inneren Druck einer Person ausgeglichen wird. Das Gewicht unserer Atmosphäre beträgt 5.300.000.000.000.000 Tonnen. Die Zahl ist kolossal, obwohl sie nur ein Millionstel des Gewichts unseres Planeten ausmacht.

ATMOSPHÄRE

Atmosphäre - die Lufthülle der Erde (die äußerste der Erdhüllen), die in ständiger Wechselwirkung mit den übrigen Hüllen unseres Planeten steht und ständig den Einfluss des Weltraums und vor allem den Einfluss der Sonne erfährt. Die Masse der Atmosphäre entspricht einem Millionstel der Masse der Erde.

Die untere Grenze der Atmosphäre fällt mit der Erdoberfläche zusammen. Die Atmosphäre hat keine scharf ausgedrückte obere Grenze: Sie geht allmählich in den interplanetaren Raum über. Herkömmlicherweise werden 2–3.000 km über der Erdoberfläche als obere Grenze der Atmosphäre angenommen. Theoretische Berechnungen zeigen, dass die Schwerkraft der Erde einzelne an der Erdbewegung beteiligte Luftteilchen in einer Höhe von 42.000 km am Äquator und 28.000 km an den Polen halten kann. Bis vor kurzem wurde angenommen, dass die Atmosphäre in großer Entfernung von der Erdoberfläche aus seltenen Gaspartikeln besteht, die fast nicht mit sich selbst kollidieren und durch die Schwerkraft der Erde gehalten werden. Jüngste Studien zeigen, dass die Partikeldichte in der oberen Atmosphäre viel größer ist als erwartet, dass die Partikel elektrische Ladungen haben und hauptsächlich nicht durch die Schwerkraft der Erde, sondern durch ihr Magnetfeld gehalten werden. Die Entfernung, in der das Erdmagnetfeld Partikel aus dem interplanetaren Raum nicht nur festhalten, sondern auch einfangen kann, ist sehr groß (bis zu 90.000 km).

Die Untersuchung der Atmosphäre erfolgt sowohl visuell als auch mit Hilfe zahlreicher Spezialinstrumente. Wichtige Daten über die hohen Schichten der Atmosphäre werden durch den Start von speziellen meteorologischen und geophysikalischen Raketen (bis zu 800 km) sowie künstlichen Erdsatelliten (bis zu 2000 km) gewonnen.

Zusammensetzung der Atmosphäre

Saubere und trockene Luft ist ein mechanisches Gemisch aus mehreren Gasen. Die wichtigsten sind: Stickstoff – 78 %, Sauerstoff – 21 %, Argon – 1 %, Kohlendioxid. Der Gehalt an anderen Gasen (Neon, Helium, Krypton, Xenon, Ammoniak, Wasserstoff, Ozon) ist vernachlässigbar.

Die Kohlendioxidmenge in der Atmosphäre schwankt zwischen 0,02 und 0,032 %, sie liegt mehr über Industriegebieten, weniger über den Ozeanen, über der mit Schnee und Eis bedeckten Oberfläche.

Wasserdampf gelangt in einer Menge von 0 bis 4 Vol.-% in die Atmosphäre. Es gelangt durch Verdunstung von Feuchtigkeit von der Erdoberfläche in die Atmosphäre, und daher nimmt sein Gehalt mit der Höhe ab: 90% des gesamten Wasserdampfes sind in der unteren fünf Kilometer langen Schicht der Atmosphäre enthalten, oberhalb von 10-12 km sehr wenig Wasserdampf. Die Bedeutung von Wasserdampf für die Zirkulation von Wärme und Feuchtigkeit in der Atmosphäre ist enorm.

Entstehung der Atmosphäre

Nach der gängigsten Theorie 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. Das ist die sogenannte Primäratmosphäre (vor etwa viereinhalb Milliarden Jahren). Im nächsten Stadium führte aktive vulkanische Aktivität zur Sättigung der Atmosphäre mit anderen Gasen als Wasserstoff (Kohlendioxid, Ammoniak, Wasserdampf). So entstand die Sekundäratmosphäre (etwa dreieinhalb Milliarden Jahre bis heute). Diese Atmosphäre war erholsam. Darüber hinaus wurde beim Austreten von leichten Gasen (Wasserstoff und Helium) in den interplanetaren Raum und bei chemischen Reaktionen, die in der Atmosphäre unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung, Blitzentladungen und einigen anderen Faktoren ablaufen, eine Tertiäratmosphäre gebildet, die durch eine viel niedrigere gekennzeichnet ist Gehalt an Wasserstoff und einem viel höheren Gehalt an Stickstoff und Kohlendioxid (entstanden durch chemische Reaktionen aus Ammoniak und Kohlenwasserstoffen).

Die Bildung einer großen Menge N 2 ist auf die Oxidation der Ammoniak-Wasserstoff-Atmosphäre durch molekulares O 2 zurückzuführen, das vor 3,8 Milliarden Jahren als Ergebnis der Photosynthese von der Oberfläche des Planeten zu kommen begann. Stickstoff wird in der oberen Atmosphäre durch Ozon zu NO oxidiert.

Sauerstoff

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

Kohlendioxid

In der atmosphärischen Schicht von der Erdoberfläche bis zu 60 km befindet sich Ozon (O 3) - dreiatomiger Sauerstoff, der durch die Spaltung gewöhnlicher Sauerstoffmoleküle und die Umverteilung seiner Atome entsteht. In den unteren Schichten der Atmosphäre entsteht Ozon unter dem Einfluss zufälliger Faktoren (Blitzentladungen, Oxidation einiger organischer Substanzen), in höheren Schichten entsteht es unter dem Einfluss der ultravioletten Strahlung der Sonne, die es absorbiert. Die Ozonkonzentration ist in einer Höhe von 22–26 km besonders hoch. Die Gesamtmenge an Ozon in der Atmosphäre ist vernachlässigbar: Bei einer Temperatur von 0 °C unter normalen Druckbedingungen an der Erdoberfläche passt das gesamte Ozon in eine 3 mm dicke Schicht. Der Ozongehalt ist in der Atmosphäre der polaren Breiten höher als in den äquatorialen Breiten, er nimmt im Frühjahr zu und im Herbst ab. Ozon absorbiert die lebensgefährliche ultraviolette Strahlung der Sonne vollständig. Es verzögert auch die Wärmestrahlung der Erde und schützt ihre Oberfläche vor Abkühlung.

In der Atmosphäre schweben neben gasförmigen Bestandteilen immer kleinste Partikel unterschiedlicher Herkunft, unterschiedlicher Form, Größe, chemischer Zusammensetzung und physikalischer Eigenschaften (Rauch, Staub) - Aerosole.. Bodenpartikel, Verwitterungsprodukte von Gesteinen gelangen in die Atmosphäre von der Erdoberfläche, Vulkanstaub, Meersalz, Rauch, organische Partikel (Mikroorganismen, Sporen, Pollen).

Kosmischer Staub dringt aus dem interplanetaren Raum in die Erdatmosphäre ein. Die Schicht der Atmosphäre bis zu einer Höhe von 100 km enthält mehr als 28 Millionen Tonnen kosmischen Staubs, der langsam an die Oberfläche fällt.

Es gibt die Ansicht, dass der Großteil des Staubs durch Organismen in den Meeren in eine spezielle Form gepackt wird.

Aerosolpartikel spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung einer Reihe von atmosphärischen Prozessen. Viele von ihnen sind Kondensationskerne, die für die Bildung von Nebel und Wolken notwendig sind. Die Phänomene der atmosphärischen Elektrizität sind mit geladenen Aerosolen verbunden.

Bis zu einer Höhe von etwa 100 km ist die Zusammensetzung der Atmosphäre konstant. Die Atmosphäre besteht hauptsächlich aus molekularem Stickstoff und molekularem Sauerstoff, in der unteren Schicht nimmt die Menge an Verunreinigungen mit der Höhe deutlich ab. Oberhalb von 100 km werden Sauerstoffmoleküle und dann Stickstoff (über 220 km) unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung gespalten. In der Schicht von 100 bis 500 km überwiegt atomarer Sauerstoff. In einer Höhe von 500 bis 2000 km besteht die Atmosphäre hauptsächlich aus einem leichten Edelgas – Helium, über 2000 km – aus atomarem Wasserstoff.

Atmosphärische Ionisierung

Die Atmosphäre enthält geladene Teilchen - Ionen und ist aufgrund ihrer Anwesenheit kein idealer Isolator, hat aber die Fähigkeit, Elektrizität zu leiten. Ionen werden in der Atmosphäre unter dem Einfluss von Ionisatoren gebildet, die den Atomen Energie verleihen, die ausreicht, um ein Elektron aus der Hülle eines Atoms zu entfernen. Das abgelöste Elektron wird fast sofort an ein anderes Atom gebunden. Dadurch wird das erste Atom vom Neutralleiter positiv geladen und das zweite erhält eine negative Ladung. Solche Ionen gibt es nicht lange, die Moleküle der umgebenden Luft schließen sich ihnen an und bilden die sogenannten leichten Ionen. Leichte Ionen lagern sich an Aerosole an, geben ihnen ihre Ladung und bilden größere Ionen – schwere.

Atmosphärische Ionisatoren sind: ultraviolette Strahlung der Sonne, kosmische Strahlung, Strahlung radioaktiver Substanzen, die in der Erdkruste und in der Atmosphäre enthalten sind. Ultraviolette Strahlen haben keine ionisierende Wirkung auf die unteren Schichten der Atmosphäre - ihr Einfluss ist der Haupteinfluss in den oberen Schichten der Atmosphäre. Die Radioaktivität der meisten Gesteine ​​ist sehr gering, ihre ionisierende Wirkung ist bereits in mehreren hundert Metern Höhe Null (mit Ausnahme von Ablagerungen radioaktiver Elemente, radioaktiver Quellen usw.). Besonders groß ist die Bedeutung der Höhenstrahlung. Mit einer sehr hohen Durchdringungskraft durchdringen kosmische Strahlen die gesamte Dicke der Atmosphäre und dringen tief in die Ozeane und die Erdkruste ein. Die Intensität der kosmischen Strahlung schwankt sehr wenig mit der Zeit. Ihre ionisierende Wirkung ist am Äquator am geringsten und in der Nähe des 20. Breitengrades am größten; Mit zunehmender Höhe nimmt die Intensität der Ionisation durch kosmische Strahlung zu und erreicht ein Maximum in einer Höhe von 12–18 km.

Die Ionisierung der Atmosphäre wird durch die Konzentration von Ionen (ihr Inhalt in 1 Kubikzentimeter) gekennzeichnet; Die elektrische Leitfähigkeit der Atmosphäre hängt von der Konzentration und Beweglichkeit leichter Ionen ab. Die Ionenkonzentration nimmt mit der Höhe zu. In einer Höhe von 3–4 km sind es bis zu 1000 Ionenpaare, die ihre Maximalwerte in einer Höhe von 100–250 km erreichen. Dementsprechend steigt auch die elektrische Leitfähigkeit der Atmosphäre. Da saubere Luft mehr leichte Ionen enthält, hat sie eine höhere Leitfähigkeit als staubige Luft.

Durch die kombinierte Wirkung der in der Atmosphäre enthaltenen Ladungen und der Ladung der Erdoberfläche entsteht ein elektrisches Feld der Atmosphäre. Bezogen auf die Erdoberfläche ist die Atmosphäre positiv geladen. Zwischen der Atmosphäre und der Erdoberfläche entstehen Ströme positiver (von der Erdoberfläche) und negativer (zur Erdoberfläche) Ionen. Je nach elektrischer Zusammensetzung wird es in die Atmosphäre freigesetzt Neutrosphäre (bis zu einer Höhe von 80 km) - eine Schicht mit neutraler Zusammensetzung und Ionosphäre (über 80 km) - ionisierte Schichten.

Die Struktur der Atmosphäre

Die Atmosphäre ist in fünf Sphären unterteilt, die sich hauptsächlich in der Temperatur unterscheiden. Die Sphären sind durch Übergangsschichten getrennt - Pausen.

Troposphäre- die untere Schicht der Atmosphäre, die etwa ¾ ihrer gesamten Masse enthält. Die Troposphäre enthält fast den gesamten Wasserdampf der Atmosphäre. Seine Obergrenze erreicht seine höchste Höhe - 17 km - am Äquator und nimmt zu den Polen hin auf 8-10 km ab. In gemäßigten Breiten beträgt die durchschnittliche Höhe der Troposphäre 10–12 km. Schwankungen der oberen Grenze der Troposphäre sind temperaturabhängig: Im Winter ist diese Grenze höher, im Sommer niedriger; und tagsüber können Schwankungen von e mehrere Kilometer erreichen.

Die Temperatur in der Troposphäre von der Erdoberfläche bis zur Tropopause nimmt um durchschnittlich 0,6 ° C pro 100 m ab. In der Troposphäre wird ständig Luft gemischt, es bilden sich Wolken und es kommt zu Niederschlägen. Der horizontale Luftverkehr wird von Bewegungen von West nach Ost dominiert.

Die untere Schicht der Atmosphäre, die direkt an die Erdoberfläche angrenzt, wird Oberflächenschicht genannt. Physikalische Prozesse in dieser Schicht unter dem Einfluss der Erdoberfläche zeichnen sich durch ihre Ursprünglichkeit aus. Hier sind die Temperaturschwankungen im Tages- und Jahresverlauf besonders ausgeprägt.

Tropopause- Übergangsschicht von der Troposphäre zur Stratosphäre. Die Höhe der Tropopause und ihre Temperatur variieren mit dem Breitengrad. Vom Äquator bis zu den Polen nimmt die Tropopause ab, und diese Abnahme erfolgt ungleichmäßig: Bei etwa 30–40º nördlicher und südlicher Breite wird eine Unterbrechung der Tropopause beobachtet. Infolgedessen scheint es in zwei tropische und polare Teile geteilt zu sein, die 35–40º übereinander liegen. Je höher die Tropopause, desto niedriger ist ihre Temperatur. Die Ausnahme bilden die Polarregionen, wo die Tropopause niedrig und kalt ist. Die niedrigste in der Tropopause gemessene Temperatur beträgt 92º.

Stratosphäre- unterscheidet sich von der Troposphäre durch die hohe Luftverdünnung, die fast vollständige Abwesenheit von Wasserdampf und den relativ hohen Ozongehalt, der in einer Höhe von 22–26 km ein Maximum erreicht. Die Temperatur in der Stratosphäre steigt sehr langsam mit der Höhe an. An der unteren Grenze der Stratosphäre über dem Äquator liegt die Temperatur ganzjährig bei -76º, in der nördlichen Polarregion im Januar bei -65º, im Juli bei -42º. Temperaturunterschiede bringen Luft in Bewegung. Die Windgeschwindigkeit in der Stratosphäre erreicht 340 km/h.

In der mittleren Stratosphäre entstehen dünne Wolken - Perlmutt, bestehend aus Eiskristallen und Tropfen aus unterkühltem Wasser.

In der Stratopause beträgt die Temperatur ungefähr 0º

Mesosphäre- gekennzeichnet durch erhebliche Temperaturänderungen mit der Höhe. Bis zu einer Höhe von 60 km steigt die Temperatur an und erreicht +20º, am oberen Rand der Kugel sinkt die Temperatur auf -75º. In einer Höhe von 75–80 km wird der Abfall von t durch einen neuen Anstieg ersetzt. Im Sommer bilden sich in dieser Höhe glänzende, dünne Wolken – silbrig, wahrscheinlich bestehend aus unterkühltem Wasserdampf. Die Bewegung nachtleuchtender Wolken weist auf eine große Variabilität in Richtung und Geschwindigkeit der Luftbewegung (von 60 bis zu mehreren hundert km / h) hin, die sich besonders in Übergangszeiten von einer Jahreszeit zur anderen bemerkbar macht.

BEIM Thermosphäre - (in der Ionosphäre) steigt die Temperatur mit der Höhe und erreicht an der oberen Grenze +1000º. Die Geschwindigkeiten der Gasteilchen sind enorm, aber bei einem extrem verdünnten Raum sind ihre Kollisionen sehr selten.

Neben neutralen Teilchen enthält die Thermosphäre freie Elektronen und Ionen. Es gibt Hunderte und Tausende von ihnen in einem Kubikzentimeter Volumen und Millionen in Schichten mit maximaler Dichte. Die Thermosphäre ist eine Kugel aus verdünntem ionisiertem Gas, die aus einer Reihe von Schichten besteht. Ionisierte Schichten, die Funkwellen reflektieren, absorbieren und brechen, haben einen enormen Einfluss auf die Funkkommunikation. Ionisationsschichten kommen tagsüber gut zum Ausdruck. Die Ionisierung macht die Thermosphäre elektrisch leitfähig und es fließen starke elektrische Ströme in ihr. In der Thermosphäre ändern sich je nach Sonnenaktivität die Dichte (um das Hundertfache) und die Temperatur (um Hunderte von Grad) stark. Die Aktivität der Sonne ist mit dem Auftreten von Polarlichtern in der Thermosphäre verbunden.

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

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

Aus der Exosphäre entweichender Wasserstoff bildet eine sogenannte irdische Krone erstreckt sich bis in eine Höhe von 20.000 km.

Sonnenstrahlung

Die Erde erhält von der Sonne 1,36 x 10 24 cal Wärme pro Jahr. Im Vergleich zu dieser Energiemenge ist die verbleibende Menge an Strahlungsenergie, die die Erdoberfläche erreicht, vernachlässigbar. Das heißt, die Strahlungsenergie der Sterne beträgt ein Hundertmillionstel der Sonnenenergie, die kosmische Strahlung zwei Milliardstel, die innere Wärme der Erde an ihrer Oberfläche gleich einem Fünftausendstel der Sonnenwärme.

Sonnenstrahlung - Sonnenstrahlung - ist die Hauptenergiequelle für fast alle Prozesse, die in der Atmosphäre, Hydrosphäre und oberen Atmosphäre ablaufen.

Sonnenstrahlung- elektromagnetische und korpuskuläre Strahlung der Sonne.

Der elektromagnetische Anteil der Sonnenstrahlung breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus und dringt in die Erdatmosphäre ein. Die Sonnenstrahlung erreicht die Erdoberfläche in Form von direkter und diffuser Strahlung. Insgesamt erhält die Erde weniger als ein Zweimilliardstel ihrer Strahlung von der Sonne. Der Spektralbereich der elektromagnetischen Strahlung der Sonne ist sehr breit - von Radiowellen bis zu Röntgenstrahlen -, ihre maximale Intensität liegt jedoch im sichtbaren (gelb-grünen) Teil des Spektrums.

Es gibt auch einen korpuskulären Teil der Sonnenstrahlung, der hauptsächlich aus Protonen besteht, die sich mit Geschwindigkeiten von 300-1500 km/s von der Sonne aus bewegen. Bei Sonneneruptionen entstehen auch hochenergetische Teilchen (hauptsächlich Protonen und Elektronen), die die solare Komponente der kosmischen Strahlung bilden.

Der Energiebeitrag der korpuskulären Komponente der Sonnenstrahlung zu ihrer Gesamtintensität ist klein im Vergleich zum elektromagnetischen. Daher wird in einer Reihe von Anwendungen der Begriff "Sonnenstrahlung" in einem engen Sinne verwendet, wobei nur ihr elektromagnetischer Anteil gemeint ist.

Die Maßeinheit für die Intensität der Sonnenstrahlung ist die Anzahl der Wärmekalorien, die von 1 cm 2 einer absolut schwarzen Oberfläche senkrecht zur Richtung der Sonnenstrahlen pro 1 Zoll absorbiert werden. (cal/cm 2 x min).

Der Strom von Strahlungsenergie von der Sonne, der die Erdatmosphäre erreicht, ist sehr konstant. Ich nenne seine Intensität die Sonnenkonstante (I 0) und nehme durchschnittlich 1,88 kcal / cm 2 x min.

Der Wert der Sonnenkonstante schwankt abhängig vom Abstand der Erde zur Sonne und von der Sonnenaktivität. Seine Schwankungen im Jahresverlauf betragen 3,4–3,5 %.

Wenn die Sonnenstrahlen überall senkrecht auf die Erdoberfläche fallen würden, würde jeder Quadratzentimeter davon ohne Atmosphäre und mit einer Sonnenkonstante von 1,88 kcal / cm 2 x min 1000 kcal pro Jahr erhalten. Dank Ohm, dass die Erde kugelförmig ist, wird diese Menge um das 4-fache und 1 Quadrat reduziert. cm erhält durchschnittlich 250 kcal pro Jahr.

Die Menge der von der Oberfläche empfangenen Sonnenstrahlung hängt vom Einfallswinkel der Strahlen ab.

Die Fläche, die senkrecht zur Richtung der Sonnenstrahlen steht, erhält die maximale Strahlungsmenge, da in diesem Fall die gesamte Energie auf eine Fläche verteilt wird, deren Querschnitt gleich dem Querschnitt des Strahlenbündels ist - a. Bei schrägem Einfall desselben Strahlenbündels verteilt sich die Energie auf eine große Fläche (Querschnitt b) und eine Flächeneinheit erhält weniger davon. Je kleiner der Einfallswinkel der Strahlen ist, desto geringer ist die Intensität der Sonnenstrahlung.

Die Abhängigkeit der Intensität der Sonnenstrahlung vom Einfallswinkel der Strahlen wird durch die Formel ausgedrückt:

ich 1 =ich 0 Sünde h

ich 1 ist so viel weniger ich 0 wie oft der Querschnitt a weniger Abschnitt b.

Der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen (Sonnenhöhe) beträgt nur in Breitengraden zwischen den Wendekreisen 90º. In anderen Breitengraden ist er immer kleiner als 90º. Entsprechend sollte mit abnehmendem Einfallswinkel der Strahlen auch die Intensität der an der Oberfläche ankommenden Sonnenstrahlung in verschiedenen Breitengraden abnehmen. Da die Höhe der Sonne das ganze Jahr über und tagsüber nicht konstant bleibt, ändert sich die Menge der von der Oberfläche aufgenommenen Sonnenwärme ständig.

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

Zusammensetzung der Atmosphäre

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

Schichten der Atmosphäre

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

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

Atmosphärendruck

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

Die Bewegung von Luftmassen in der Atmosphäre

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

Treibhauseffekt

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

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

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

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

Die Entstehung und Entwicklung der Erdatmosphäre

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ethnosphärische Funktionen der Atmosphäre

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

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

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

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

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

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

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

Die Rolle der Atmosphäre in natürlichen Prozessen

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

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

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

Die Wirkung und Richtung natürlicher Prozesse sowie das Leben und die Aktivität auf der Erde werden durch die Sonnenstrahlung bestimmt. Es gibt 99,98 % der Wärme ab, die an die Erdoberfläche gelangt. Jährlich bildet es 134*10 19 Kilokalorien. Diese Wärmemenge kann durch die Verbrennung von 200 Milliarden Tonnen Kohle gewonnen werden. Die Wasserstoffreserven, die diesen Strom thermonuklearer Energie in der Masse der Sonne erzeugen, reichen noch mindestens für weitere 10 Milliarden Jahre, also für einen Zeitraum, der doppelt so lange besteht, wie unser Planet selbst existiert.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ökologische und geologische Rolle atmosphärischer Prozesse

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Dürren sind typisch für Wüsten-, Steppen- und Waldsteppenregionen. Der Mangel an Niederschlägen verursacht das Austrocknen des Bodens, das Absenken des Grundwasserspiegels und in den Stauseen, bis sie vollständig trocken sind. Feuchtigkeitsmangel führt zum Absterben von Pflanzen und Pflanzen. Dürren sind besonders schwerwiegend in Afrika, im Nahen und Mittleren Osten, in Zentralasien und im südlichen Nordamerika.

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

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

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

Anthropogene Veränderungen in der Atmosphäre

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

NO 2 → NO + O

Dann findet die Ozonsynthese statt:

O + O 2 + M → O 3 + M

NO + O → NO 2

Photodissoziationsprozesse werden von einem gelbgrünen Leuchten begleitet.

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

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

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

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

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

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

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

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