Die Rolle und Bedeutung der Hauptgase der atmosphärischen Luft

Die Zusammensetzung und Struktur der Atmosphäre.

Die Atmosphäre ist die gasförmige Hülle der Erde. Die vertikale Ausdehnung der Atmosphäre beträgt mehr als drei Erdradien (der durchschnittliche Radius beträgt 6371 km) und die Masse beträgt 5,157 x 10 15 Tonnen, was ungefähr einem Millionstel der Masse der Erde entspricht.

Die Einteilung der Atmosphäre in Schichten in vertikaler Richtung basiert auf:

Zusammensetzung der atmosphärischen Luft,

Physikalische und chemische Prozesse;

Höhentemperaturverteilung;

Wechselwirkung der Atmosphäre mit der darunter liegenden Oberfläche.

Die Atmosphäre unseres Planeten ist ein mechanisches Gemisch aus verschiedenen Gasen, darunter Wasserdampf, sowie einer gewissen Menge Aerosole. Die Zusammensetzung trockener Luft in den unteren 100 km bleibt nahezu konstant. Saubere und trockene Luft, in der kein Wasserdampf, Staub und andere Verunreinigungen vorhanden sind, ist eine Mischung aus Gasen, hauptsächlich Stickstoff (78 % des Luftvolumens) und Sauerstoff (21 %). Etwas weniger als ein Prozent ist Argon, und in sehr geringen Mengen gibt es viele andere Gase - Xenon, Krypton, Kohlendioxid, Wasserstoff, Helium usw. (Tabelle 1.1).

Stickstoff, Sauerstoff und andere Bestandteile der atmosphärischen Luft befinden sich in der Atmosphäre immer in gasförmigem Zustand, da die kritischen Temperaturen, dh die Temperaturen, bei denen sie in flüssigem Zustand vorliegen können, viel niedriger sind als die an der Erdoberfläche beobachteten Temperaturen . Ausnahme ist Kohlendioxid. Für den Übergang in einen flüssigen Zustand muss jedoch neben der Temperatur auch ein Sättigungszustand erreicht werden. Es gibt wenig Kohlendioxid in der Atmosphäre (0,03%) und es liegt in Form von separaten Molekülen vor, die gleichmäßig unter den Molekülen anderer atmosphärischer Gase verteilt sind. In den letzten 60-70 Jahren hat sein Inhalt unter dem Einfluss menschlicher Aktivitäten um 10-12% zugenommen.

Mehr als andere ist der Gehalt an Wasserdampf Änderungen unterworfen, dessen Konzentration an der Erdoberfläche bei hohen Temperaturen 4% erreichen kann. Mit zunehmender Höhe und abnehmender Temperatur nimmt der Wasserdampfgehalt stark ab (in einer Höhe von 1,5 bis 2,0 km - um die Hälfte und das 10- bis 15-fache vom Äquator bis zum Pol).

Die Masse fester Verunreinigungen in der Atmosphäre der nördlichen Hemisphäre hat sich in den letzten 70 Jahren um etwa das 1,5-fache erhöht.

Die Konstanz der Gaszusammensetzung der Luft wird durch eine intensive Durchmischung der unteren Luftschicht gewährleistet.

Gaszusammensetzung der unteren Schichten trockener Luft (ohne Wasserdampf)

Die Rolle und Bedeutung der Hauptgase der atmosphärischen Luft

SAUERSTOFF (Ö) lebenswichtig für fast alle Bewohner des Planeten. Es ist ein aktives Gas. Es nimmt an chemischen Reaktionen mit anderen atmosphärischen Gasen teil. Sauerstoff absorbiert aktiv Strahlungsenergie, insbesondere sehr kurze Wellenlängen unter 2,4 μm. Unter dem Einfluss von ultravioletter Sonnenstrahlung (X< 03 µm) zerfällt das Sauerstoffmolekül in Atome. Atomarer Sauerstoff, der sich mit einem Sauerstoffmolekül verbindet, bildet eine neue Substanz - dreiatomiger Sauerstoff oder Ozon(oz). Ozon kommt hauptsächlich in großen Höhen vor. Dort seine Rolle für den Planeten ist außerordentlich vorteilhaft. An der Erdoberfläche entsteht bei Blitzentladungen Ozon.

Im Gegensatz zu allen anderen Gasen in der Atmosphäre, die weder Geschmack noch Geruch haben, hat Ozon einen charakteristischen Geruch. Aus dem Griechischen übersetzt bedeutet das Wort „Ozon“ „scharf riechend“. Nach einem Gewitter ist dieser Geruch angenehm, er wird als Frischegeruch empfunden. In großen Mengen ist Ozon eine giftige Substanz. In Städten mit einer großen Anzahl von Autos und damit großen Emissionen von Autoabgasen wird Ozon unter Einwirkung von Sonnenlicht bei wolkenlosem oder leicht bewölktem Wetter gebildet. Die Stadt ist in eine gelb-blaue Wolke gehüllt, die Sicht verschlechtert sich. Das ist photochemischer Smog.

STICKSTOFF (N2) ist ein neutrales Gas, es reagiert nicht mit anderen Gasen der Atmosphäre, nimmt nicht an der Absorption von Strahlungsenergie teil.

Bis in Höhen von 500 km besteht die Atmosphäre hauptsächlich aus Sauerstoff und Stickstoff. Wenn gleichzeitig Stickstoff in der unteren Schicht der Atmosphäre vorherrscht, ist in großen Höhen mehr Sauerstoff als Stickstoff vorhanden.

ARGON (Ag) - ein neutrales Gas, geht keine Reaktion ein, nimmt nicht an der Absorption und Emission von Strahlungsenergie teil. Ebenso - Xenon, Krypton und viele andere Gase. Argon ist eine schwere Substanz, es ist in den hohen Schichten der Atmosphäre sehr knapp.

KOHLENDIOXID (CO2) in der Atmosphäre beträgt im Durchschnitt 0,03 %. Dieses Gas ist für Pflanzen sehr notwendig und wird von ihnen aktiv aufgenommen. Die tatsächliche Menge in der Luft kann etwas variieren. In Industriegebieten kann seine Menge auf bis zu 0,05 % ansteigen. Auf dem Land, oberhalb der Wälder, gibt es weniger Felder. Über der Antarktis etwa 0,02 % Kohlendioxid, also fast Ouse weniger als die durchschnittliche Menge in der Atmosphäre. Die gleiche Menge und noch weniger über dem Meer - 0,01 - 0,02%, da Kohlendioxid intensiv vom Wasser absorbiert wird.

Auch in der unmittelbar an die Erdoberfläche angrenzenden Luftschicht erfährt die Kohlendioxidmenge tägliche Schwankungen.

Nachts mehr, tagsüber weniger. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass Kohlendioxid tagsüber von Pflanzen aufgenommen wird, nachts jedoch nicht. Pflanzen des Planeten nehmen im Laufe des Jahres etwa 550 Milliarden Tonnen Sauerstoff aus der Atmosphäre auf und geben ihr etwa 400 Milliarden Tonnen Sauerstoff zurück.

Kohlendioxid ist für kurzwellige Sonnenstrahlen vollständig durchlässig, absorbiert jedoch intensiv die thermische Infrarotstrahlung der Erde. Damit verbunden ist das Problem des Treibhauseffekts, über das auf den Seiten der wissenschaftlichen Presse und vor allem in den Massenmedien regelmäßig Diskussionen aufflammen.

HELIUM (He) ist ein sehr leichtes Gas. Durch den radioaktiven Zerfall von Thorium und Uran gelangt es aus der Erdkruste in die Atmosphäre. Helium entweicht in den Weltraum. Die Abnahmerate von Helium entspricht der Eintrittsrate aus dem Erdinneren. Ab einer Höhe von 600 km bis 16.000 km besteht unsere Atmosphäre hauptsächlich aus Helium. Dies ist die "Heliumkorona der Erde" in den Worten von Vernadsky. Helium reagiert nicht mit anderen atmosphärischen Gasen und nimmt nicht an der Strahlungswärmeübertragung teil.

WASSERSTOFF (Hg) ist ein noch leichteres Gas. Nahe der Erdoberfläche gibt es nur sehr wenig davon. Es steigt in die obere Atmosphäre auf. In der Thermosphäre und Exosphäre wird atomarer Wasserstoff zur dominierenden Komponente. Wasserstoff ist die oberste, am weitesten entfernte Hülle unseres Planeten. Oberhalb von 16.000 km bis zur oberen Grenze der Atmosphäre, also bis zu Höhen von 30-40.000 km, überwiegt Wasserstoff. Somit nähert sich die chemische Zusammensetzung unserer Atmosphäre mit der Höhe der chemischen Zusammensetzung des Universums an, in dem Wasserstoff und Helium die häufigsten Elemente sind. Im äußersten, extrem verdünnten Teil der oberen Atmosphäre entweichen Wasserstoff und Helium aus der Atmosphäre. Ihre einzelnen Atome haben dafür ausreichend hohe Geschwindigkeiten.

Blauer Planet...

Dieses Thema sollte als eines der ersten auf der Website erscheinen. Helikopter sind schließlich atmosphärische Flugzeuge. Erdatmosphäre- sozusagen ihr Lebensraum :-). SONDERN Physikalische Eigenschaften der Luft Bestimmen Sie einfach die Qualität dieses Lebensraums :-). Das ist also eine der Grundlagen. Und die Basis wird immer zuerst geschrieben. Aber das ist mir jetzt erst klar geworden. Wie Sie wissen, ist es jedoch besser, spät als nie ... Lassen Sie uns dieses Thema ansprechen, aber ohne in die Wildnis und unnötige Schwierigkeiten zu geraten :-).

So… Erdatmosphäre. Das ist die gasförmige Hülle unseres blauen Planeten. Jeder kennt diesen Namen. Warum blau? Ganz einfach, weil der „blaue“ (sowie blaue und violette) Anteil des Sonnenlichts (Spektrum) am besten in der Atmosphäre gestreut wird und diese somit bläulich-bläulich färbt, manchmal mit einem Hauch von Violett (an einem sonnigen Tag natürlich). :-)) .

Zusammensetzung der Erdatmosphäre.

Die Zusammensetzung der Atmosphäre ist ziemlich breit. Ich werde im Text nicht alle Komponenten aufzählen, dafür gibt es eine gute Veranschaulichung: Die Zusammensetzung all dieser Gase ist nahezu konstant, mit Ausnahme von Kohlendioxid (CO 2 ). Außerdem enthält die Atmosphäre notwendigerweise Wasser in Form von Dämpfen, schwebenden Tröpfchen oder Eiskristallen. Die Wassermenge ist nicht konstant und hängt von der Temperatur und in geringerem Maße vom Luftdruck ab. Außerdem enthält die Erdatmosphäre (insbesondere die jetzige) auch eine gewisse Menge, ich würde sagen "allerlei Dreck" :-). Dies sind SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, dazu kommen Quecksilberdämpfe Hg. Stimmt, das alles gibt es Gott sei Dank in kleinen Mengen :-).

Erdatmosphäre Es ist üblich, sie in mehrere Zonen zu unterteilen, die in der Höhe über der Oberfläche aufeinander folgen.

Die erste, der Erde am nächsten, ist die Troposphäre. Dies ist die unterste und sozusagen die Hauptschicht für das Leben verschiedener Typen. Es enthält 80 % der Masse der gesamten atmosphärischen Luft (obwohl es volumenmäßig nur etwa 1 % der gesamten Atmosphäre ausmacht) und etwa 90 % des gesamten atmosphärischen Wassers. Der Großteil aller Winde, Wolken, Regen und Schnee 🙂 kommt von dort. Die Troposphäre erstreckt sich in tropischen Breiten bis zu einer Höhe von etwa 18 km und in polaren Breiten bis zu 10 km. Die Lufttemperatur darin sinkt mit einem Anstieg von etwa 0,65º pro 100 m.

atmosphärische Zonen.

Die zweite Zone ist die Stratosphäre. Ich muss sagen, dass zwischen der Troposphäre und der Stratosphäre eine andere schmale Zone unterschieden wird - die Tropopause. Es stoppt den Temperaturabfall mit der Höhe. Die Tropopause hat eine durchschnittliche Dicke von 1,5-2 km, aber ihre Grenzen sind undeutlich und die Troposphäre überlappt oft die Stratosphäre.

Die Stratosphäre hat also eine durchschnittliche Höhe von 12 km bis 50 km. Die Temperatur darin bleibt bis zu 25 km unverändert (etwa -57 ° C), dann steigt sie irgendwo bis zu 40 km auf etwa 0 ° C an und weiter bis zu 50 km bleibt sie unverändert. Die Stratosphäre ist ein relativ ruhiger Teil der Erdatmosphäre. Es gibt praktisch keine widrigen Wetterbedingungen. In der Stratosphäre befindet sich die berühmte Ozonschicht in Höhen von 15-20 km bis 55-60 km.

Darauf folgt eine kleine Grenzschicht-Stratopause, in der die Temperatur um 0 ° C bleibt, und dann ist die nächste Zone die Mesosphäre. Es erstreckt sich bis zu einer Höhe von 80-90 km und in ihm fällt die Temperatur auf etwa 80 ° C. In der Mesosphäre werden meist kleine Meteore sichtbar, die darin zu glühen beginnen und dort verglühen.

Die nächste schmale Lücke ist die Mesopause und dahinter die Thermosphärenzone. Seine Höhe beträgt bis zu 700-800 km. Hier beginnt die Temperatur wieder zu steigen und kann in Höhen von etwa 300 km Werte in der Größenordnung von 1200 ° C erreichen. Danach bleibt sie konstant. Die Ionosphäre befindet sich innerhalb der Thermosphäre bis zu einer Höhe von etwa 400 km. Hier ist die Luft durch Sonneneinstrahlung stark ionisiert und weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf.

Die nächste und im Allgemeinen die letzte Zone ist die Exosphäre. Dies ist die sogenannte Streuzone. Hier liegen hauptsächlich stark verdünnter Wasserstoff und Helium (wobei Wasserstoff überwiegt) vor. In Höhen von etwa 3000 km geht die Exosphäre in das nahe Weltraumvakuum über.

Irgendwo ist das so. Warum etwa? Denn diese Schichten sind eher bedingt. Verschiedene Höhenänderungen, Zusammensetzung von Gasen, Wasser, Temperatur, Ionisierung usw. sind möglich. Darüber hinaus gibt es noch viele weitere Begriffe, die den Aufbau und Zustand der Erdatmosphäre definieren.

Zum Beispiel Homosphäre und Heterosphäre. In der ersten sind die atmosphärischen Gase gut gemischt und ihre Zusammensetzung ist ziemlich homogen. Der zweite befindet sich über dem ersten und dort gibt es praktisch keine solche Vermischung. Die Gase werden durch die Schwerkraft getrennt. Die Grenze zwischen diesen Schichten liegt in 120 km Höhe und wird als Turbopause bezeichnet.

Vielleicht werden wir mit den Begriffen abschließen, aber ich werde auf jeden Fall hinzufügen, dass herkömmlicherweise angenommen wird, dass sich die Grenze der Atmosphäre in einer Höhe von 100 km über dem Meeresspiegel befindet. Diese Grenze wird Karman-Linie genannt.

Ich werde zwei weitere Bilder hinzufügen, um die Struktur der Atmosphäre zu veranschaulichen. Das erste ist zwar auf Deutsch, aber vollständig und gut verständlich :-). Es kann vergrößert und gut betrachtet werden. Die zweite zeigt die Änderung der atmosphärischen Temperatur mit der Höhe.

Der Aufbau der Erdatmosphäre.

Änderung der Lufttemperatur mit der Höhe.

Moderne bemannte orbitale Raumfahrzeuge fliegen in Höhen von etwa 300-400 km. Allerdings ist das nicht mehr die Luftfahrt, obwohl der Bereich natürlich in gewisser Weise eng verwandt ist und wir auf jeden Fall noch einmal darüber sprechen werden :-).

Die Flugzone ist die Troposphäre. Moderne atmosphärische Flugzeuge können auch in den unteren Schichten der Stratosphäre fliegen. Beispielsweise beträgt die praktische Obergrenze des MIG-25RB 23000 m.

Flug in die Stratosphäre.

Und genau Physikalische Eigenschaften der Luft Troposphären bestimmen, wie der Flug sein wird, wie effektiv das Flugzeugsteuerungssystem sein wird, wie Turbulenzen in der Atmosphäre es beeinflussen werden, wie die Triebwerke funktionieren werden.

Die erste Haupteigenschaft ist Lufttemperatur. In der Gasdynamik kann sie auf der Celsius-Skala oder auf der Kelvin-Skala bestimmt werden.

Temperatur t1 in einer bestimmten Höhe H auf der Celsius-Skala bestimmt:

t 1 \u003d t - 6,5 N, wo t ist die Lufttemperatur am Boden.

Temperatur auf der Kelvin-Skala genannt wird Absolute Temperatur Null auf dieser Skala ist der absolute Nullpunkt. Am absoluten Nullpunkt hört die thermische Bewegung der Moleküle auf. Der absolute Nullpunkt auf der Kelvin-Skala entspricht -273º auf der Celsius-Skala.

Dementsprechend die Temperatur T auf hoch H auf der Kelvin-Skala bestimmt:

T \u003d 273K + t - 6,5H

Luftdruck. Der Luftdruck wird in Pascal (N / m 2) gemessen, im alten Maßsystem in Atmosphären (atm.). Es gibt auch so etwas wie barometrischen Druck. Dies ist der Druck, der mit einem Quecksilberbarometer in Millimeter Quecksilbersäule gemessen wird. Barometrischer Druck (Druck auf Meereshöhe) gleich 760 mm Hg. Kunst. Standard genannt. In der Physik 1 atm. gerade gleich 760 mm Hg.

Luftdichte. In der Aerodynamik ist das am häufigsten verwendete Konzept die Massendichte der Luft. Dies ist die Luftmasse in 1 m3 Volumen. Die Dichte der Luft ändert sich mit der Höhe, die Luft wird dünner.

Luftfeuchtigkeit. Zeigt die Wassermenge in der Luft an. Es gibt ein Konzept " relative Luftfeuchtigkeit". Dies ist das Verhältnis der Wasserdampfmasse zur maximal möglichen bei einer bestimmten Temperatur. Das Konzept von 0 %, also völlig trockener Luft, kann es im Allgemeinen nur im Labor geben. Andererseits ist 100 % Luftfeuchtigkeit durchaus real. Das bedeutet, dass die Luft alles Wasser aufgenommen hat, das sie aufnehmen konnte. So etwas wie ein absolut „voller Schwamm“. Eine hohe relative Luftfeuchtigkeit reduziert die Luftdichte, während eine niedrige relative Luftfeuchtigkeit sie entsprechend erhöht.

Aufgrund der Tatsache, dass Flugzeugflüge unter unterschiedlichen atmosphärischen Bedingungen stattfinden, können ihre Flug- und aerodynamischen Parameter in einem Flugmodus unterschiedlich sein. Daher haben wir für eine korrekte Bewertung dieser Parameter eingeführt Internationale Standardatmosphäre (ISA). Es zeigt die Veränderung des Luftzustandes mit zunehmender Höhe.

Die Hauptparameter des Luftzustands bei Nullfeuchtigkeit werden wie folgt angenommen:

Druck P = 760 mmHg. Kunst. (101,3 kPa);

Temperatur t = +15 °C (288 K);

Massendichte ρ \u003d 1,225 kg / m 3;

Für die ISA wird (wie oben erwähnt :-)) davon ausgegangen, dass die Temperatur in der Troposphäre um 0,65º pro 100 Höhenmeter sinkt.

Normalatmosphäre (Beispiel bis 10000 m).

ISA-Tabellen werden zum Kalibrieren von Instrumenten sowie für Navigations- und technische Berechnungen verwendet.

Physikalische Eigenschaften der Luft beinhalten auch Konzepte wie Trägheit, Viskosität und Kompressibilität.

Trägheit ist eine Eigenschaft der Luft, die ihre Fähigkeit charakterisiert, einer Änderung des Ruhezustands oder einer gleichförmigen geradlinigen Bewegung zu widerstehen. . Das Maß der Trägheit ist die Massendichte der Luft. Je höher sie ist, desto größer ist die Trägheit und Widerstandskraft des Mediums, wenn sich das Flugzeug darin bewegt.

Viskosität. Bestimmt den Reibungswiderstand gegen Luft, wenn sich das Flugzeug bewegt.

Die Kompressibilität misst die Änderung der Luftdichte bei Druckänderungen. Bei niedrigen Geschwindigkeiten des Flugzeugs (bis 450 km/h) gibt es keine Druckänderung, wenn der Luftstrom es umströmt, aber bei hohen Geschwindigkeiten beginnt der Effekt der Kompressibilität zu erscheinen. Besonders ausgeprägt ist sein Einfluss auf den Überschall. Das ist ein eigener Bereich der Aerodynamik und ein Thema für einen eigenen Artikel :-).

Nun, das scheint vorerst alles zu sein ... Es ist Zeit, diese etwas langweilige Aufzählung zu beenden, auf die jedoch nicht verzichtet werden kann :-). Erdatmosphäre, seine Parameter, Physikalische Eigenschaften der Luft sind für das Flugzeug genauso wichtig wie die Parameter des Geräts selbst, und es war unmöglich, sie nicht zu erwähnen.

Vorerst bis zu den nächsten Treffen und weiteren interessanten Themen 🙂 …

P.S. Zum Nachtisch schlage ich vor, ein Video anzuschauen, das aus dem Cockpit eines MIG-25PU-Zwillings während seines Fluges in die Stratosphäre gefilmt wurde. Gefilmt offenbar von einem Touristen, der Geld für solche Flüge hat :-). Meist durch die Windschutzscheibe gefilmt. Beachten Sie die Farbe des Himmels ...

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, ab. 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 Ozean ab, weshalb in Gebieten auf gleicher Höhe über dem Meeresspiegel oft ein anderer Druck herrscht. 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 und Kohlendioxid, 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 zu molekularem Stickstoff oxidiertes Ammoniak intensiv in der Atmosphäre anzureichern. Es wird angenommen, dass ein erheblicher Teil des Stickstoffs in der modernen Atmosphäre Relikt ist. 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 Volumenzunahme von Blaualgen 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 Stoffwechselvorgängen. 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 darin ablaufenden Prozesse und Änderungen seiner Gaszusammensetzung, Dicke, Trübung, Transparenz und das Vorhandensein verschiedener 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 macht es 134*1019 kcal. 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 die Zeit ihrer Existenz beträgt 30 Minuten. Daher ist es fast unmöglich, Zeit und Ort des Auftretens von Tornados vorherzusagen.

Wirbelstürme sind andere zerstörerische, aber lang anhaltende atmosphärische Wirbel. 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. Zyklone entstehen im Gegensatz zu Tornados über den Ozeanen und entfalten ihre zerstörerische Wirkung 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 in einigen Teilen Afrikas, in Frankreich und den Vereinigten Staaten die Zahl der Blitzopfer 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.

Atmosphärische Phänomene wie Schneefälle, intermittierende Starkregen und anhaltende Regenfälle verursachen große Schäden. 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 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 lange verweilen 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, Pyrrhotin, Chalkopyrit usw., zu Schwefeloxid, das zusammen mit Kohlenstoff umgewandelt wird Kohlendioxid, wird in die Atmosphäre freigesetzt. Bei der Verbindung von Luftstickstoff und technischen Emissionen mit Sauerstoff entstehen verschiedene Stickoxide, wobei die Menge der gebildeten Stickoxide von der Verbrennungstemperatur abhängt. Der Großteil der Stickoxide entsteht beim Betrieb von Kraftfahrzeugen 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.

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. In der Troposphäre sind Turbulenz und Konvektion stark entwickelt, Wolken erscheinen, Zyklone und Antizyklone entwickeln sich. Die Temperatur nimmt mit der Höhe mit einem durchschnittlichen vertikalen Gradienten von 0,65°/100 m 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 (der unteren Schicht der Stratosphäre) und deren Anstieg in der 25-40 km Schicht von −56,5 auf 0,8 °C (obere Stratosphärenschicht oder Inversionsgebiet). 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

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

Mesopause

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

Karman-Linie

Höhe über dem Meeresspiegel, die herkömmlicherweise als Grenze zwischen der Erdatmosphäre und dem Weltraum akzeptiert wird. Die Karmana-Linie liegt 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, wo sie Werte in der Größenordnung von 1500 K erreicht, wonach sie bis in große Höhen nahezu konstant bleibt. Unter dem Einfluss von UV- und Röntgenstrahlung sowie 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 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)

Atmosphärenschichten bis zu einer Höhe von 120 km

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

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 −110 °C in der Mesosphäre. Allerdings entspricht die kinetische Energie einzelner Teilchen in 200–250 km Höhe 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 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.

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. Aufgrund der elektrischen Eigenschaften in der Atmosphäre werden Neutrosphäre und Ionosphäre unterschieden. Es wird derzeit angenommen, dass sich die Atmosphäre bis zu einer Höhe von 2000-3000 km erstreckt.

Je nach Zusammensetzung des Gases in der Atmosphäre unterscheidet man Homosphäre und Heterosphäre. Die Heterosphäre 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 als Turbopause bezeichnet und liegt in einer Höhe von etwa 120 km.

Die Welt um uns herum besteht aus drei sehr unterschiedlichen Teilen: Erde, Wasser und Luft. Jeder von ihnen ist einzigartig und auf seine Weise interessant. Jetzt werden wir nur über den letzten von ihnen sprechen. Was ist Atmosphäre? Wie kam es dazu? Woraus besteht es und in welche Teile ist es unterteilt? All diese Fragen sind hochinteressant.

Der Name "Atmosphäre" wird aus zwei Wörtern griechischen Ursprungs gebildet, die ins Russische übersetzt "Dampf" und "Ball" bedeuten. Und wenn man sich die genaue Definition anschaut, kann man folgendes lesen: „Die Atmosphäre ist die Lufthülle des Planeten Erde, die mit ihr ins Weltall rauscht.“ Es entwickelte sich parallel zu den geologischen und geochemischen Prozessen, die auf dem Planeten stattfanden. Und heute hängen alle Prozesse, die in lebenden Organismen ablaufen, davon ab. Ohne Atmosphäre würde der Planet zu einer leblosen Wüste wie der Mond.

Woraus besteht es?

Die Frage, was die Atmosphäre ist und welche Elemente darin enthalten sind, beschäftigt die Menschen schon lange. Die Hauptbestandteile dieser Schale waren bereits 1774 bekannt. Sie wurden von Antoine Lavoisier installiert. Er fand heraus, dass die Zusammensetzung der Atmosphäre hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff besteht. Im Laufe der Zeit wurden seine Komponenten verfeinert. Und jetzt wissen wir, dass es viel mehr Gase sowie Wasser und Staub enthält.

Betrachten wir genauer, woraus die Atmosphäre der Erde in der Nähe ihrer Oberfläche besteht. Das am häufigsten vorkommende Gas ist Stickstoff. Es enthält etwas mehr als 78 Prozent. Aber trotz einer so großen Menge ist Stickstoff in der Luft praktisch nicht aktiv.

Das zweitgrößte und wichtigste Element ist Sauerstoff. Dieses Gas enthält fast 21 %, und es zeigt nur eine sehr hohe Aktivität. Seine spezifische Funktion besteht darin, totes organisches Material zu oxidieren, das sich als Ergebnis dieser Reaktion zersetzt.

Niedrige, aber wichtige Gase

Das dritte Gas, das Teil der Atmosphäre ist, ist Argon. Es ist etwas weniger als ein Prozent. Es folgen Kohlendioxid mit Neon, Helium mit Methan, Krypton mit Wasserstoff, Xenon, Ozon und sogar Ammoniak. Aber sie sind so wenig enthalten, dass der Prozentsatz solcher Komponenten Hundertstel, Tausendstel und Millionstel beträgt. Von diesen spielt nur Kohlendioxid eine nennenswerte Rolle, da es der Baustoff ist, den Pflanzen für die Photosynthese benötigen. Seine andere wichtige Funktion besteht darin, Strahlung abzuhalten und einen Teil der Sonnenwärme zu absorbieren.

Ein weiteres seltenes, aber wichtiges Gas, Ozon, dient dazu, die von der Sonne kommende ultraviolette Strahlung einzufangen. Dank dieser Eigenschaft wird alles Leben auf dem Planeten zuverlässig geschützt. Andererseits beeinflusst Ozon die Temperatur der Stratosphäre. Dadurch, dass es diese Strahlung absorbiert, wird die Luft erwärmt.

Die Konstanz der mengenmäßigen Zusammensetzung der Atmosphäre wird durch ständiges Mischen aufrechterhalten. Seine Schichten bewegen sich sowohl horizontal als auch vertikal. Daher gibt es überall auf der Welt genug Sauerstoff und kein Übermaß an Kohlendioxid.

Was liegt noch in der Luft?

Es ist zu beachten, dass Dampf und Staub im Luftraum detektiert werden können. Letzteres besteht aus Pollen und Bodenpartikeln, in der Stadt gesellen sich Verunreinigungen aus Feinstaubemissionen aus Abgasen hinzu.

Aber es gibt viel Wasser in der Atmosphäre. Unter bestimmten Bedingungen kondensiert es und es entstehen Wolken und Nebel. Tatsächlich ist dies dasselbe, nur die ersten erscheinen hoch über der Erdoberfläche und die letzten breiten sich darauf aus. Wolken nehmen verschiedene Formen an. Dieser Vorgang hängt von der Höhe über der Erde ab.

Wenn sie sich 2 km über dem Land gebildet haben, werden sie als geschichtet bezeichnet. Von ihnen fällt Regen auf den Boden oder Schnee fällt. Über ihnen bilden sich Quellwolken bis zu einer Höhe von 8 km. Sie sind immer die schönsten und malerischsten. Sie sind es, die untersucht werden und sich fragen, wie sie aussehen. Wenn solche Formationen in den nächsten 10 km auftauchen, werden sie sehr leicht und luftig sein. Ihr Name ist Zirrus.

Aus welchen Schichten besteht die Atmosphäre?

Obwohl sie sehr unterschiedliche Temperaturen haben, ist es sehr schwierig zu sagen, in welcher Höhe eine Schicht beginnt und eine andere endet. Diese Aufteilung ist sehr bedingt und ungefähr. Die Schichten der Atmosphäre existieren jedoch immer noch und erfüllen ihre Funktionen.

Der unterste Teil der Lufthülle wird Troposphäre genannt. Seine Dicke nimmt zu, wenn er sich von den Polen zum Äquator von 8 auf 18 km bewegt. Dies ist der wärmste Teil der Atmosphäre, da die Luft darin von der Erdoberfläche erwärmt wird. Der größte Teil des Wasserdampfs konzentriert sich in der Troposphäre, in der sich Wolken bilden, Niederschläge fallen, Gewitter grollen und Winde wehen.

Die nächste Schicht ist etwa 40 km dick und wird Stratosphäre genannt. Wenn sich der Beobachter in diesen Teil der Luft bewegt, wird er feststellen, dass der Himmel lila geworden ist. Dies liegt an der geringen Dichte der Substanz, die die Sonnenstrahlen praktisch nicht streut. In dieser Schicht fliegen Düsenflugzeuge. Für sie sind dort alle Freiräume offen, da es praktisch keine Wolken gibt. Innerhalb der Stratosphäre befindet sich eine Schicht, die aus einer großen Menge Ozon besteht.

Es folgen die Stratopause und die Mesosphäre. Letztere hat eine Mächtigkeit von etwa 30 km. Es ist durch eine starke Abnahme der Luftdichte und Temperatur gekennzeichnet. Der Himmel erscheint dem Betrachter schwarz. Hier kann man tagsüber sogar die Sterne beobachten.

Schichten mit wenig bis gar keiner Luft

Die Struktur der Atmosphäre setzt sich mit einer Schicht fort, die Thermosphäre genannt wird - die längste aller anderen, ihre Dicke erreicht 400 km. Diese Schicht zeichnet sich durch eine enorme Temperatur aus, die 1700 ° C erreichen kann.

Die letzten beiden Sphären werden oft zu einer kombiniert und als Ionosphäre bezeichnet. Dies liegt daran, dass in ihnen Reaktionen unter Freisetzung von Ionen auftreten. Es sind diese Schichten, die es Ihnen ermöglichen, ein Naturphänomen wie das Nordlicht zu beobachten.

Die nächsten 50 km von der Erde entfernt sind der Exosphäre vorbehalten. Dies ist die äußere Hülle der Atmosphäre. Darin werden Luftpartikel in den Weltraum gestreut. In dieser Schicht bewegen sich normalerweise Wettersatelliten.

Die Erdatmosphäre endet mit einer Magnetosphäre. Sie war es, die die meisten künstlichen Satelliten des Planeten schützte.

Nach allem, was gesagt wurde, sollte es keine Frage geben, wie die Atmosphäre ist. Bestehen Zweifel an der Notwendigkeit, so lassen sie sich leicht ausräumen.

Der Wert der Atmosphäre

Die Hauptfunktion der Atmosphäre besteht darin, die Oberfläche des Planeten tagsüber vor Überhitzung und nachts vor übermäßiger Abkühlung zu schützen. Die nächste Bedeutung dieser Hülle, die niemand bestreiten wird, ist die Versorgung aller Lebewesen mit Sauerstoff. Ohne sie würden sie ersticken.

Die meisten Meteoriten verglühen in den oberen Schichten und erreichen nie die Erdoberfläche. Und die Leute können die fliegenden Lichter bewundern und sie für Sternschnuppen halten. Ohne eine Atmosphäre wäre die gesamte Erde mit Kratern übersät. Und über den Schutz vor Sonneneinstrahlung wurde oben bereits gesprochen.

Wie beeinflusst ein Mensch die Atmosphäre?

Sehr negativ. Dies ist auf die wachsende Aktivität der Menschen zurückzuführen. Der Hauptanteil aller negativen Aspekte entfällt auf Industrie und Verkehr. Übrigens sind es Autos, die fast 60 % aller Schadstoffe ausstoßen, die in die Atmosphäre gelangen. Die restlichen vierzig verteilen sich auf Energie und Industrie sowie Industrien zur Vernichtung von Abfällen.

Die Liste der Schadstoffe, die die Zusammensetzung der Luft täglich auffüllen, ist sehr lang. Wegen des Transports in der Atmosphäre sind: Stickstoff und Schwefel, Kohlenstoff, Blau und Ruß, sowie ein starkes Karzinogen, das Hautkrebs verursacht - Benzopyren.

Auf die Industrie entfallen die folgenden chemischen Elemente: Schwefeldioxid, Kohlenwasserstoffe und Schwefelwasserstoff, Ammoniak und Phenol, Chlor und Fluor. Wenn der Prozess weitergeht, werden bald die Antworten auf die Fragen: „Was ist die Atmosphäre? Woraus besteht es? wird ganz anders sein.