Jeder, der schon einmal in einem Flugzeug geflogen ist, ist diese Art von Meldungen gewohnt: "Unser Flug befindet sich in einer Höhe von 10.000 m, die Temperatur über Bord beträgt 50 ° C." Es scheint nichts Besonderes zu sein. Je weiter von der von der Sonne erwärmten Erdoberfläche entfernt, desto kälter. Viele Leute denken, dass die Temperatur mit der Höhe kontinuierlich abnimmt und die Temperatur allmählich sinkt und sich der Temperatur des Weltraums nähert. Das dachten Wissenschaftler übrigens bis Ende des 19. Jahrhunderts.

Schauen wir uns die Verteilung der Lufttemperatur über der Erde genauer an. Die Atmosphäre ist in mehrere Schichten unterteilt, die hauptsächlich die Art der Temperaturänderungen widerspiegeln.

Die untere Schicht der Atmosphäre wird genannt Troposphäre, was "Rotationssphäre" bedeutet. Alle Wetter- und Klimaänderungen sind das Ergebnis physikalischer Prozesse, die genau in dieser Schicht ablaufen. Die obere Grenze dieser Schicht befindet sich dort, wo die Abnahme der Temperatur mit der Höhe durch ihre Zunahme ersetzt wird - ungefähr bei einer Höhe von 15-16 km über dem Äquator und 7-8 km über den Polen.Wie die Erde selbst wird auch die Atmosphäre unter dem Einfluss der Rotation unseres Planeten über den Polen etwas abgeflacht und schwillt über dem Äquator an. Dieser Effekt ist in der Atmosphäre viel stärker als in der festen Erdhülle.In Richtung von der Erdoberfläche zur oberen Grenze der Troposphäre nimmt die Lufttemperatur ab.Oberhalb des Äquators beträgt die minimale Lufttemperatur etwa -62 ° C, und über den Polen etwa -45 ° C. In gemäßigten Breiten befinden sich mehr als 75% der Masse der Atmosphäre in der Troposphäre, in den Tropen etwa 90% innerhalb der Troposphäre Massen der Atmosphäre.

1899 wurde im vertikalen Temperaturprofil in einer bestimmten Höhe ein Minimum gefunden, dann stieg die Temperatur leicht an. Der Beginn dieses Anstiegs bedeutet den Übergang in die nächste Schicht der Atmosphäre - zu Stratosphäre, was „Schichtkugel" bedeutet. Der Begriff Stratosphäre bedeutet und spiegelt die damalige Vorstellung von der Einzigartigkeit der über der Troposphäre liegenden Schicht wider. Die Stratosphäre erstreckt sich bis in eine Höhe von etwa 50 km über der Erdoberfläche. Ihr Merkmal ist , insbesondere ein starker Anstieg der Lufttemperatur Dieser Temperaturanstieg wird durch die Ozonbildungsreaktion erklärt - eine der wichtigsten chemischen Reaktionen in der Atmosphäre.

Der Großteil des Ozons konzentriert sich in Höhen von etwa 25 km, aber im Allgemeinen ist die Ozonschicht eine Hülle, die sich entlang der Höhe stark ausdehnt und fast die gesamte Stratosphäre bedeckt. Die Wechselwirkung von Sauerstoff mit ultravioletten Strahlen ist einer der günstigen Prozesse in der Erdatmosphäre, die zur Erhaltung des Lebens auf der Erde beitragen. Die Aufnahme dieser Energie durch Ozon verhindert deren übermäßigen Abfluss an die Erdoberfläche, wo genau ein solches Energieniveau entsteht, das für die Existenz terrestrischer Lebensformen geeignet ist. Die Ozonosphäre absorbiert einen Teil der Strahlungsenergie, die durch die Atmosphäre strömt. Dadurch stellt sich in der Ozonosphäre ein vertikaler Lufttemperaturgradient von ca. 0,62 °C pro 100 m ein, d.h. die Temperatur steigt mit der Höhe bis zur Obergrenze der Stratosphäre – der Stratopause (50 km), an, entsprechend einige Daten, 0 ° C.

In Höhen von 50 bis 80 km gibt es eine sogenannte Atmosphärenschicht Mesosphäre. Das Wort „Mesosphäre“ bedeutet „Zwischensphäre“, hier nimmt die Lufttemperatur mit der Höhe weiter ab. Oberhalb der Mesosphäre, in einer Schicht namens Thermosphäre, steigt die Temperatur mit der Höhe bis etwa 1000°C wieder an und fällt dann sehr schnell auf -96°C ab. Allerdings sinkt sie nicht auf unbestimmte Zeit, dann steigt die Temperatur wieder an.

Thermosphäre ist die erste Schicht Ionosphäre. Im Gegensatz zu den zuvor erwähnten Schichten unterscheidet sich die Ionosphäre nicht durch Temperatur. Die Ionosphäre ist eine Region elektrischer Natur, die viele Arten von Funkkommunikation ermöglicht. Die Ionosphäre ist in mehrere Schichten unterteilt, die mit den Buchstaben D, E, F1 und F2 bezeichnet werden und auch spezielle Namen haben. Die Unterteilung in Schichten wird durch mehrere Gründe verursacht, von denen der wichtigste der ungleiche Einfluss der Schichten auf den Durchgang von Funkwellen ist. Die unterste Schicht D absorbiert hauptsächlich Funkwellen und verhindert so deren weitere Ausbreitung. Die am besten untersuchte Schicht E befindet sich in einer Höhe von etwa 100 km über der Erdoberfläche. Sie wird auch als Kennelly-Heaviside-Schicht bezeichnet, nach den Namen der amerikanischen und englischen Wissenschaftler, die sie gleichzeitig und unabhängig voneinander entdeckt haben. Schicht E reflektiert wie ein riesiger Spiegel Funkwellen. Dank dieser Schicht legen lange Funkwellen weitere Entfernungen zurück, als man erwarten würde, wenn sie sich nur geradlinig ausbreiten würden, ohne von der E-Schicht reflektiert zu werden.Ähnliche Eigenschaften hat auch die F-Schicht, die auch als Appleton-Schicht bezeichnet wird. Zusammen mit der Kennelly-Heaviside-Schicht reflektiert es Funkwellen zu terrestrischen Funkstationen, wobei diese Reflexion unter verschiedenen Winkeln erfolgen kann. Die Appleton-Schicht befindet sich in einer Höhe von etwa 240 km.

Die äußerste Region der Atmosphäre wird oft als zweite Schicht der Ionosphäre bezeichnet Exosphäre. Dieser Begriff weist auf die Existenz der Randgebiete des Weltraums in der Nähe der Erde hin. Wo genau die Atmosphäre aufhört und der Weltraum beginnt, lässt sich nur schwer bestimmen, da die Dichte atmosphärischer Gase mit zunehmender Höhe allmählich abnimmt und die Atmosphäre selbst allmählich in ein fast leeres Vakuum übergeht, in dem sich nur noch einzelne Moleküle treffen. Bereits in einer Höhe von etwa 320 km ist die Dichte der Atmosphäre so gering, dass Moleküle mehr als 1 km zurücklegen können, ohne miteinander zu kollidieren. Als obere Grenze dient der äußerste Teil der Atmosphäre, der sich in Höhen von 480 bis 960 km befindet.

Mehr Informationen zu den Prozessen in der Atmosphäre finden Sie auf der Seite „Erdklima“

Die genaue Größe der Atmosphäre ist unbekannt, da ihre obere Grenze nicht deutlich sichtbar ist. Die Struktur der Atmosphäre wurde jedoch ausreichend untersucht, sodass sich jeder ein Bild davon machen kann, wie die gasförmige Hülle unseres Planeten angeordnet ist.

Wissenschaftler der Atmosphärenphysik definieren es als den Bereich um die Erde, der sich mit dem Planeten dreht. Die FAI gibt folgendes an Definition:

• Die Grenze zwischen Raum und Atmosphäre verläuft entlang der Karman-Linie. Diese Linie ist nach der Definition derselben Organisation die Höhe über dem Meeresspiegel, die sich in einer Höhe von 100 km befindet.

Alles oberhalb dieser Linie ist Weltraum. Die Atmosphäre geht allmählich in den interplanetaren Raum über, weshalb es unterschiedliche Vorstellungen über seine Größe gibt.

Mit der unteren Grenze der Atmosphäre ist alles viel einfacher - es geht durch die Oberfläche der Erdkruste und die Wasseroberfläche der Erde - die Hydrosphäre. Gleichzeitig verschmilzt die Grenze sozusagen mit der Erd- und Wasseroberfläche, da dort auch Luftpartikel gelöst werden.

Welche Schichten der Atmosphäre sind in der Größe der Erde enthalten

Interessante Tatsache: Im Winter ist es niedriger, im Sommer ist es höher.

In dieser Schicht entstehen Turbulenzen, Antizyklone und Wirbelstürme, Wolken bilden sich. Diese Kugel ist für die Wetterbildung verantwortlich, in ihr befinden sich etwa 80 % aller Luftmassen.

Die Tropopause ist die Schicht, in der die Temperatur nicht mit der Höhe abnimmt. Oberhalb der Tropopause, in einer Höhe über 11 und bis zu 50 km, befindet sich die Stratosphäre. Die Stratosphäre enthält eine Ozonschicht, die dafür bekannt ist, den Planeten vor ultravioletten Strahlen zu schützen. Die Luft in dieser Schicht ist verdünnt, was den charakteristischen violetten Farbton des Himmels erklärt. Die Geschwindigkeit der Luftströmungen kann hier 300 km/h erreichen. Zwischen der Stratosphäre und der Mesosphäre liegt die Stratopause – die Grenzsphäre, in der das Temperaturmaximum stattfindet.

Die nächste Schicht ist die Mesosphäre. Es erstreckt sich auf Höhen von 85-90 Kilometern. Die Farbe des Himmels in der Mesosphäre ist schwarz, sodass die Sterne auch morgens und nachmittags beobachtet werden können. Dort finden die komplexesten photochemischen Prozesse statt, bei denen atmosphärisches Leuchten auftritt.

Zwischen der Mesosphäre und der nächsten Schicht, der Thermosphäre, liegt die Mesopause. Sie ist definiert als eine Übergangsschicht, in der ein Temperaturminimum beobachtet wird. Darüber, in einer Höhe von 100 Kilometern über dem Meeresspiegel, befindet sich die Karman-Linie. Oberhalb dieser Linie befinden sich die Thermosphäre (Höhengrenze 800 km) und die Exosphäre, die auch „Dispersionszone“ genannt wird. In einer Höhe von etwa 2-3 Tausend Kilometern gelangt es in das nahe Weltraumvakuum.

Da die obere Schicht der Atmosphäre nicht deutlich sichtbar ist, kann ihre genaue Größe nicht berechnet werden. Darüber hinaus gibt es Organisationen in verschiedenen Ländern mit unterschiedlichen Meinungen zu diesem Thema. Es sollte erwähnt werden, dass Karman-Linie kann nur bedingt als Grenze der Erdatmosphäre angesehen werden, da unterschiedliche Quellen unterschiedliche Grenzmarken verwenden. In einigen Quellen finden Sie also Informationen, dass die Obergrenze in einer Höhe von 2500-3000 km liegt.

Die NASA verwendet die 122-Kilometer-Marke für Berechnungen. Vor nicht allzu langer Zeit wurden Experimente durchgeführt, die die Grenze bei etwa 118 km verdeutlichten.

Die Erdatmosphäre ist heterogen: In unterschiedlichen Höhen werden unterschiedliche Luftdichten und -drücke beobachtet, Temperatur und Gaszusammensetzung ändern sich. Basierend auf dem Verhalten der Umgebungstemperatur (d.h. die Temperatur steigt mit der Höhe oder sinkt) werden darin folgende Schichten unterschieden: Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre und Exosphäre. Die Grenzen zwischen den Schichten werden Pausen genannt: Es gibt 4 davon, weil. die obere Grenze der Exosphäre ist sehr unscharf und bezieht sich oft auf den Nahraum. Die allgemeine Struktur der Atmosphäre kann dem beigefügten Diagramm entnommen werden.

Abb.1 Der Aufbau der Erdatmosphäre. Kredit: Webseite

Die unterste atmosphärische Schicht ist die Troposphäre, deren obere Grenze, Tropopause genannt, je nach geografischer Breite variiert und zwischen 8 km beträgt. in polar bis zu 20 km. in tropischen Breiten. In mittleren oder gemäßigten Breiten liegt ihre obere Grenze in Höhen von 10-12 km.Im Laufe des Jahres erfährt die obere Grenze der Troposphäre Schwankungen in Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung. Als Ergebnis der Sondierung am Südpol der Erde durch den US-Wetterdienst wurde also festgestellt, dass es von März bis August oder September zu einer stetigen Abkühlung der Troposphäre kommt, wodurch für kurze Zeit in August oder September, seine Grenze steigt auf 11,5 km. Dann, zwischen September und Dezember, fällt er schnell ab und erreicht seine niedrigste Position - 7,5 km, danach bleibt seine Höhe bis März praktisch unverändert. Diese. Die Troposphäre ist im Sommer am dicksten und im Winter am dünnsten.

Zu beachten ist, dass es neben jahreszeitlichen Schwankungen auch tägliche Schwankungen in der Höhe der Tropopause gibt. Auch seine Position wird von Zyklonen und Antizyklonen beeinflusst: Im ersten steigt es ab, weil. der Druck in ihnen ist niedriger als in der Umgebungsluft, und zweitens steigt er entsprechend an.

Die Troposphäre enthält bis zu 90 % der Gesamtmasse der Erdluft und 9/10 des gesamten Wasserdampfes. Die Turbulenzen sind hier besonders in den oberflächennahen und höchsten Schichten hoch entwickelt, es entstehen Wolken aller Ebenen, es bilden sich Wirbelstürme und Hochdrucklagen. Und durch die Ansammlung von Treibhausgasen (Kohlendioxid, Methan, Wasserdampf) der von der Erdoberfläche reflektierten Sonnenstrahlen entsteht der Treibhauseffekt.

Der Treibhauseffekt ist mit einer Abnahme der Lufttemperatur in der Troposphäre mit der Höhe verbunden (weil die erwärmte Erde mehr Wärme an die Oberflächenschichten abgibt). Die durchschnittliche Höhenneigung beträgt 0,65°/100 m (d.h. die Lufttemperatur sinkt um 0,65° C pro 100 Höhenmeter). Wenn also an der Erdoberfläche in Äquatornähe die durchschnittliche jährliche Lufttemperatur + 26 ° beträgt, dann an der Obergrenze -70 °. Die Temperatur in der Tropopausenregion über dem Nordpol variiert das ganze Jahr über von -45° im Sommer bis -65° im Winter.

Mit zunehmender Höhe nimmt auch der Luftdruck ab und beträgt nur noch 12-20 % des bodennahen Niveaus nahe der oberen Troposphäre.

An der Grenze der Troposphäre und der darüber liegenden Schicht der Stratosphäre liegt die 1-2 km dicke Tropopausenschicht. Die Luftschicht, in der der vertikale Gradient auf 0,2 ° / 100 m gegenüber 0,65 ° / 100 m in den darunter liegenden Regionen der Troposphäre abnimmt, wird normalerweise als untere Grenze der Tropopause genommen.

Innerhalb der Tropopause werden Luftströmungen einer genau definierten Richtung beobachtet, die als Höhenjetstreams oder "Jetstreams" bezeichnet werden und unter dem Einfluss der Erdrotation um ihre Achse und der Erwärmung der Atmosphäre unter Beteiligung der Sonnenstrahlung entstehen. Strömungen werden an den Grenzen von Zonen mit erheblichen Temperaturunterschieden beobachtet. Es gibt mehrere Lokalisierungszentren dieser Ströme, zum Beispiel arktische, subtropische, subpolare und andere. Die Kenntnis der Position von Jetstreams ist für die Meteorologie und die Luftfahrt sehr wichtig: Erstere nutzt Streams für genauere Wettervorhersagen, die zweite für die Erstellung von Flugrouten, weil An den Strömungsgrenzen gibt es starke turbulente Wirbel, ähnlich wie kleine Whirlpools, die aufgrund der Abwesenheit von Wolken in diesen Höhen als "Clear Sky Turbulence" bezeichnet werden.

Unter dem Einfluss von Jetströmungen in großer Höhe bilden sich in der Tropopause oft Brüche, manchmal verschwindet sie ganz, bildet sich dann aber wieder. Dies wird besonders häufig in subtropischen Breiten beobachtet, über denen eine starke subtropische Höhenströmung dominiert. Darüber hinaus führt der Unterschied in den Schichten der Tropopause in Bezug auf die Umgebungslufttemperatur zur Bildung von Brüchen. Beispielsweise besteht eine große Lücke zwischen der warmen und niedrigen polaren Tropopause und der hohen und kalten Tropopause tropischer Breiten. Kürzlich wurde auch eine Schicht der Tropopause gemäßigter Breiten unterschieden, die mit den beiden vorherigen Schichten bricht: polar und tropisch.

Die zweite Schicht der Erdatmosphäre ist die Stratosphäre. Die Stratosphäre kann bedingt in 2 Regionen unterteilt werden. Die erste von ihnen, die bis zu 25 km hoch liegt, zeichnet sich durch nahezu konstante Temperaturen aus, die in einem bestimmten Gebiet den Temperaturen der oberen Schichten der Troposphäre entsprechen. Die zweite Region oder Inversionsregion ist durch einen Anstieg der Lufttemperatur auf Höhen von etwa 40 km gekennzeichnet. Dies liegt an der Absorption der ultravioletten Sonnenstrahlung durch Sauerstoff und Ozon. Im oberen Teil der Stratosphäre ist die Temperatur aufgrund dieser Erwärmung oft positiv oder sogar vergleichbar mit der Lufttemperatur an der Oberfläche.

Oberhalb der Inversionsregion befindet sich eine Schicht konstanter Temperaturen, die als Stratopause bezeichnet wird und die Grenze zwischen der Stratosphäre und der Mesosphäre darstellt. Seine Dicke erreicht 15 km.

Anders als in der Troposphäre sind turbulente Störungen in der Stratosphäre selten, aber starke horizontale Winde oder Jetstreams, die in engen Zonen entlang der den Polen zugewandten Grenzen der gemäßigten Breiten wehen, werden beobachtet. Die Position dieser Zonen ist nicht konstant: Sie können sich verschieben, erweitern oder sogar ganz verschwinden. Oft dringen Jetstreams in die oberen Schichten der Troposphäre ein oder umgekehrt dringen Luftmassen aus der Troposphäre in die unteren Schichten der Stratosphäre ein. Eine solche Vermischung von Luftmassen in Bereichen atmosphärischer Fronten ist besonders charakteristisch.

Wenig in der Stratosphäre und Wasserdampf. Die Luft hier ist sehr trocken und daher gibt es wenige Wolken. Nur in Höhen von 20-25 km, in hohen Breiten, kann man sehr dünne Perlmuttwolken bemerken, die aus unterkühlten Wassertröpfchen bestehen. Tagsüber sind diese Wolken nicht sichtbar, aber bei Einbruch der Dunkelheit scheinen sie durch ihre Beleuchtung durch die bereits untergegangene Sonne zu leuchten.

In gleicher Höhe (20-25 km) in der unteren Stratosphäre befindet sich die sogenannte Ozonschicht - das Gebiet mit dem höchsten Ozongehalt, das unter dem Einfluss ultravioletter Sonnenstrahlung entsteht (mehr über diesen Prozess erfahren Sie hier auf der Seite). Die Ozonschicht oder Ozonosphäre ist unerlässlich, um das Leben aller an Land lebenden Organismen zu erhalten, indem sie tödliche ultraviolette Strahlen bis zu 290 nm absorbiert. Aus diesem Grund leben lebende Organismen nicht über der Ozonschicht, sie ist die obere Grenze der Ausbreitung des Lebens auf der Erde.

Unter dem Einfluss von Ozon ändern sich auch Magnetfelder, Atome brechen Moleküle auf, es kommt zu Ionisierung, Neubildung von Gasen und anderen chemischen Verbindungen.

Die Schicht der Atmosphäre über der Stratosphäre wird als Mesosphäre bezeichnet. Sie ist gekennzeichnet durch eine Abnahme der Lufttemperatur mit der Höhe mit einem durchschnittlichen vertikalen Gefälle von 0,25-0,3°/100 m, was zu starken Turbulenzen führt. An den oberen Grenzen der Mesosphäre in dem als Mesopause bezeichneten Bereich wurden Temperaturen von bis zu -138 ° C festgestellt, was das absolute Minimum für die gesamte Atmosphäre der Erde als Ganzes darstellt.

Hier, innerhalb der Mesopause, verläuft die untere Grenze des Bereichs aktiver Absorption von Röntgen- und kurzwelliger Ultraviolettstrahlung der Sonne. Dieser Energieprozess wird Strahlungswärmeübertragung genannt. Dadurch wird das Gas erhitzt und ionisiert, was zum Leuchten der Atmosphäre führt.

In Höhen von 75-90 km nahe den oberen Grenzen der Mesosphäre wurden spezielle Wolken festgestellt, die weite Gebiete in den Polarregionen des Planeten einnahmen. Diese Wolken werden wegen ihres Leuchtens in der Abenddämmerung silbern genannt, was auf die Reflexion des Sonnenlichts von den Eiskristallen zurückzuführen ist, aus denen diese Wolken bestehen.

Der Luftdruck in der Mesopause ist 200-mal geringer als an der Erdoberfläche. Dies deutet darauf hin, dass fast die gesamte Luft in der Atmosphäre in den drei unteren Schichten konzentriert ist: Troposphäre, Stratosphäre und Mesosphäre. Die darüber liegenden Schichten der Thermosphäre und Exosphäre machen nur 0,05 % der Masse der gesamten Atmosphäre aus.

Die Thermosphäre liegt in Höhen von 90 bis 800 km über der Erdoberfläche.

Die Thermosphäre ist durch einen kontinuierlichen Anstieg der Lufttemperatur bis in Höhen von 200-300 km gekennzeichnet, wo sie 2500°C erreichen kann. Der Temperaturanstieg erfolgt aufgrund der Absorption durch Gasmoleküle des Röntgen- und kurzwelligen Teils der ultravioletten Strahlung der Sonne. Oberhalb von 300 km über dem Meeresspiegel hört der Temperaturanstieg auf.

Gleichzeitig mit steigender Temperatur sinkt der Druck und damit die Dichte der umgebenden Luft. Wenn also an den unteren Grenzen der Thermosphäre die Dichte 1,8 × 10 -8 g / cm 3 beträgt, dann sind es am oberen bereits 1,8 × 10 -15 g / cm 3, was ungefähr 10 Millionen - 1 Milliarde Teilchen entspricht 1 cm³.

Alle Eigenschaften der Thermosphäre wie Luftzusammensetzung, Temperatur, Dichte unterliegen starken Schwankungen: je nach geografischer Lage, Jahres- und Tageszeit. Sogar die Lage der oberen Grenze der Thermosphäre ändert sich.

Die oberste Schicht der Atmosphäre wird als Exosphäre oder Streuschicht bezeichnet. Seine untere Grenze ändert sich ständig in sehr weiten Grenzen; als Mittelwert wurde die Höhe von 690-800 km angenommen. Sie wird dort gesetzt, wo die Wahrscheinlichkeit intermolekularer oder interatomarer Kollisionen vernachlässigt werden kann, d.h. Die durchschnittliche Distanz, die ein sich zufällig bewegendes Molekül zurücklegt, bevor es mit einem anderen ähnlichen Molekül kollidiert (der sogenannte freie Weg), ist so groß, dass die Moleküle tatsächlich nicht mit einer Wahrscheinlichkeit nahe Null kollidieren. Die Schicht, in der das beschriebene Phänomen stattfindet, wird als Thermopause bezeichnet.

Die obere Grenze der Exosphäre liegt in Höhen von 2-3 Tausend km. Es ist stark verschwommen und geht allmählich in das nahe Weltraumvakuum über. Aus diesem Grund wird die Exosphäre manchmal als Teil des Weltraums betrachtet, und ihre obere Grenze wird mit einer Höhe von 190.000 km angenommen, bei der die Wirkung des Sonnenstrahlungsdrucks auf die Geschwindigkeit von Wasserstoffatomen die Anziehungskraft von übersteigt die Erde. Dies ist die sog. die Korona der Erde, die aus Wasserstoffatomen besteht. Die Dichte der Erdkorona ist sehr gering: nur 1000 Teilchen pro Kubikzentimeter, aber selbst diese Zahl ist mehr als zehnmal höher als die Teilchenkonzentration im interplanetaren Raum.

Aufgrund der extrem verdünnten Luft der Exosphäre bewegen sich Teilchen auf elliptischen Bahnen um die Erde, ohne miteinander zu kollidieren. Einige von ihnen, die sich mit kosmischen Geschwindigkeiten auf offenen oder hyperbolischen Bahnen bewegen (Wasserstoff- und Heliumatome), verlassen die Atmosphäre und gehen in den Weltraum, weshalb die Exosphäre als Streusphäre bezeichnet wird.

Die Atmosphäre ist die äußere Hülle von Himmelskörpern. Auf verschiedenen Planeten unterscheidet es sich in Zusammensetzung, chemischen und physikalischen Eigenschaften. Was sind die Haupteigenschaften der Erdatmosphäre? Woraus besteht es? Wie und wann ist es entstanden? Darüber werden wir noch erfahren.

Bildung der Atmosphäre

Die Atmosphäre ist ein Gasgemisch, das den Planeten von außen umhüllt und durch seine Gravitationskräfte gehalten wird. Zum Zeitpunkt der Entstehung hatte unser Planet noch keine Gashülle. Es wurde wenig später gegründet und konnte sich mehrmals ändern. Es ist nicht vollständig bekannt, was die Haupteigenschaften der Atmosphäre damals waren.

Wissenschaftler vermuten, dass die allererste Atmosphäre vom Sonnennebel aufgenommen wurde und aus Helium und Wasserstoff bestand. Die hohen Temperaturen des Planeten und der Einfluss des Sonnenwindes zerstörten diese Hülle schnell.

Die nächste Atmosphäre wurde von Vulkanen gebildet, die Gase freisetzten, war dünn und bestand aus Treibhausgasen (Methan, Kohlendioxid, Ammoniak), Wasserdampf und Säuren.

Vor zwei Milliarden Jahren begann sich der Zustand der Atmosphäre in die Gegenwart zu verwandeln. Äußere Prozesse (Verwitterung, Sonnenaktivität) auf dem Planeten und die ersten Bakterien und Algen waren daran beteiligt, da sie Sauerstoff freisetzten.

Zusammensetzung und Eigenschaften der Atmosphäre

Die Gashülle unseres Planeten hat keinen klaren Rand. Seine Außenkontur verschwimmt und geht allmählich in den Weltraum über, verschmilzt mit ihm zu einer homogenen Masse. Der innere Rand der Schale steht in Kontakt mit der Erdkruste und der Erdhydrosphäre.

Was die Haupteigenschaften der Atmosphäre sind, wird weitgehend durch ihre Zusammensetzung bestimmt. Das meiste davon wird durch Gase repräsentiert. Der Hauptanteil entfällt auf Stickstoff (75,5 %) und Sauerstoff (23,1 %). Darüber hinaus besteht atmosphärische Luft aus Argon, Kohlendioxid, Wasserstoff, Methan, Helium, Xenon usw.

Die Konzentration von Stoffen ändert sich praktisch nicht. Variable Werte sind charakteristisch für Wasser und werden durch die Vegetationsmenge bestimmt. Wasser ist in Form von Wasserdampf enthalten. Ihr Anteil variiert je nach geografischer Breite und beträgt bis zu 2,5 %. Die Atmosphäre enthält auch Verbrennungsprodukte, Meersalz, Staubverunreinigungen und Eis in Form kleiner Kristalle.

Physikalische Eigenschaften der Atmosphäre

Die Haupteigenschaften der Atmosphäre sind Druck, Feuchtigkeit, Temperatur und Dichte. In jeder Schicht der Atmosphäre sind ihre Werte unterschiedlich. Die Luft der Erdhülle besteht aus einer Reihe von Molekülen verschiedener Substanzen. Gravitationskräfte halten sie innerhalb des Planeten und ziehen sie näher an seine Oberfläche.

Unten befinden sich mehr Moleküle, daher sind dort Dichte und Druck größer. Mit der Höhe nehmen sie ab und im Weltraum werden sie fast unsichtbar. In den unteren Schichten der Atmosphäre nimmt der Druck um 1 mm Hg ab. Kunst. alle 10 Meter.

Anders als die Erdoberfläche wird die Atmosphäre nicht von der Sonne aufgeheizt. Je näher an der Erde, desto höher die Temperatur. Pro hundert Meter nimmt sie um etwa 0,6 Grad ab. Im oberen Teil der Troposphäre erreicht sie -56 Grad.

Die Luftparameter werden stark vom Wassergehalt, also der Luftfeuchtigkeit, beeinflusst. Die Gesamtluftmasse des Planeten beträgt (5.1-5.3) 10 18 kg, wobei der Wasserdampfanteil 1,27 10 16 kg beträgt. Da die Eigenschaften der Atmosphäre in verschiedenen Gebieten unterschiedlich sind, werden Standardwerte abgeleitet, die als „Normalbedingungen“ auf der Erdoberfläche angenommen werden:

Die Struktur der gasförmigen Hülle der Erde

Die Art der Gashülle ändert sich mit der Höhe. Abhängig von den Haupteigenschaften der Atmosphäre wird sie in mehrere Schichten unterteilt:

• Troposphäre;
• Stratosphäre;
• Mesosphäre;
• Thermosphäre;
• Exosphäre.

Der Hauptparameter zur Differenzierung ist die Temperatur. Zwischen den Schichten werden Grenzbereiche unterschieden, sogenannte Pausen, in denen ein konstanter Temperaturindikator festgelegt ist.

Die Troposphäre ist die unterste Schicht. Seine Grenze verläuft je nach Breitengrad in einer Höhe von 8 bis 18 Kilometern. Vor allem liegt es auf der Äquatorlinie. Etwa 80 % der atmosphärischen Luftmasse befinden sich in der Troposphäre.

Die äußere Schicht der Atmosphäre wird durch die Exosphäre repräsentiert. Seine untere Grenze und Dicke hängen von der Aktivität der Sonne ab. Auf der Erde beginnt die Exosphäre in einer Höhe von 500 bis 1000 Kilometern und reicht bis zu hunderttausend Kilometern. Unten ist es mit Sauerstoff und Stickstoff gesättigt, oben mit Wasserstoff und anderen leichten Gasen.

Die Rolle der Atmosphäre

Die Atmosphäre ist die Luft, die wir atmen. Ohne sie wird eine Person nicht einmal fünf Minuten leben. Es sättigt alle Zellen von Pflanzen und Tieren und erleichtert den Energieaustausch zwischen Körper und Umwelt.

Die Atmosphäre ist der Filter des Planeten. Beim Durchgang wird die Sonnenstrahlung gestreut. Dies verringert seine Intensität und den Schaden, den es in konzentrierter Form verursachen kann. Die Hülle spielt die Rolle des Erdschildes, in dessen oberen Schichten viele Meteoriten und Kometen ausbrennen, bevor sie die Oberfläche des Planeten erreichen.

Temperatur, Dichte, Feuchtigkeit und Druck der Atmosphäre prägen das Klima und die Wettermuster. Die Atmosphäre ist an der Wärmeverteilung auf dem Planeten beteiligt. Ohne sie würde die Temperatur innerhalb von zweihundert Grad schwanken.

Die Erdhülle ist am Stoffkreislauf beteiligt, ist Lebensraum einiger Lebewesen und trägt zur Übertragung von Geräuschen bei. Seine Abwesenheit würde es unmöglich machen, dass Leben auf dem Planeten existiert.

Auf der Erdoberfläche befasst sich die Meteorologie mit langfristigen Schwankungen – die Klimatologie.

Die Dicke der Atmosphäre beträgt 1500 km von der Erdoberfläche. Die Gesamtmasse der Luft, dh einer Mischung von Gasen, aus denen die Atmosphäre besteht, beträgt 5,1-5,3 * 10 ^ 15 Tonnen, das Molekulargewicht sauberer trockener Luft beträgt 29. Der Druck bei 0 ° C auf Meereshöhe beträgt 101.325 Pa oder 760 mm. rt. Kunst.; kritische Temperatur - 140,7 °C; kritischer Druck 3,7 MPa. Die Löslichkeit von Luft in Wasser bei 0 ° C beträgt 0,036%, bei 25 ° C - 0,22%.

Der physikalische Zustand der Atmosphäre wird bestimmt. Die wichtigsten Parameter der Atmosphäre: Luftdichte, Druck, Temperatur und Zusammensetzung. Mit zunehmender Höhe nimmt die Luftdichte ab. Mit der Höhenänderung ändert sich auch die Temperatur. Vertikal zeichnet sich durch unterschiedliche Temperatur- und elektrische Eigenschaften sowie unterschiedliche Luftbedingungen aus. Je nach Temperatur in der Atmosphäre werden folgende Hauptschichten unterschieden: Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre, Exosphäre (Streukugel). Die Übergangsbereiche der Atmosphäre zwischen benachbarten Schalen werden Tropopause, Stratopause usw. genannt.

Troposphäre- untere, wichtigste, am meisten untersuchte, mit einer Höhe in den Polarregionen von 8-10 km, bis zu 10-12 km am Äquator - 16-18 km. Etwa 80-90 % der Gesamtmasse der Atmosphäre und fast der gesamte Wasserdampf sind in der Troposphäre konzentriert. Bei einem Anstieg alle 100 m nimmt die Temperatur in der Troposphäre um durchschnittlich 0,65 ° C ab und erreicht im oberen Teil -53 ° C. Diese obere Schicht der Troposphäre wird Tropopause genannt. In der Troposphäre sind Turbulenz und Konvektion stark entwickelt, der überwiegende Teil ist konzentriert, Wolken entstehen, entwickeln sich.

Stratosphäre- Schicht der Atmosphäre in einer Höhe von 11-50 km. 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 (die obere Schicht der Stratosphäre oder die Inversionsregion) sind typisch. Nachdem die Temperatur in etwa 40 km Höhe einen Wert von 273 K (0 °C) erreicht hat, bleibt sie bis zu einer Höhe von 55 km konstant. Dieser Bereich konstanter Temperatur wird als Stratopause bezeichnet und ist die Grenze zwischen der Stratosphäre und der Mesosphäre.

In der Stratosphäre befindet sich die Schicht Ozonosphäre("Ozonschicht", in einer Höhe von 15-20 bis 55-60 km), die die Obergrenze des Lebens bestimmt. Ein wichtiger Bestandteil der Strato- und Mesosphäre ist Ozon, das durch photochemische Reaktionen am intensivsten in 30 km Höhe entsteht. Die Gesamtmasse des Ozons bei Normaldruck wäre eine 1,7-4 mm dicke Schicht, aber selbst das reicht aus, um das lebensgefährliche Ultraviolett zu absorbieren. Die Zerstörung von Ozon tritt auf, wenn es mit freien Radikalen, Stickstoffmonoxid und halogenhaltigen Verbindungen (einschließlich "Freonen") interagiert. Ozon - eine Allotropie von Sauerstoff, wird als Ergebnis der folgenden chemischen Reaktion gebildet, normalerweise nach Regen, wenn die resultierende Verbindung in die oberen Schichten der Troposphäre aufsteigt; Ozon hat einen spezifischen Geruch.

Der Großteil des kurzwelligen Teils der ultravioletten Strahlung (180-200 nm) wird in der Stratosphäre zurückgehalten und die Energie der Kurzwellen umgewandelt. Unter dem Einfluss dieser Strahlen verändern sich Magnetfelder, Moleküle brechen auf, es kommt zu Ionisierung, Neubildung von Gasen und anderen chemischen Verbindungen. Diese Prozesse können in Form von Nordlichtern, Blitzen und anderem Leuchten beobachtet werden. In der Stratosphäre gibt es fast keinen Wasserdampf.

Mesosphäre beginnt in einer Höhe von 50 km und erstreckt sich bis zu 80-90 km. bis zu einer Höhe von 75-85 km fällt es auf -88 °С ab. Die obere Grenze der Mesosphäre ist die Mesopause.

Thermosphäre(ein anderer Name ist die Ionosphäre) - die Schicht der Atmosphäre, die der Mesosphäre folgt - beginnt in einer Höhe von 80-90 km und erstreckt sich bis zu 800 km. Die Lufttemperatur in der Thermosphäre steigt schnell und stetig an und erreicht mehrere hundert und sogar tausend Grad.

Exosphäre- Streuzone, der äußere Teil der Thermosphäre, der sich über 800 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 (einphasiges), 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 etwa 1500 °C. Oberhalb von 200 km werden erhebliche zeitliche und räumliche Schwankungen der Temperatur und der Gasdichte beobachtet.

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 diesen extrem verdünnten Teilchen 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. Heterosphäre- Dies ist der Bereich, in dem die Schwerkraft die Trennung von Gasen beeinflusst, weil. ihre Vermischung in dieser Höhe ist vernachlässigbar. Daraus folgt die variable Zusammensetzung der Heterosphäre. Darunter liegt ein gut durchmischter, homogener Teil der Atmosphäre, der als Homosphäre bezeichnet wird. Die Grenze zwischen diesen Schichten wird als Turbopause bezeichnet und liegt in einer Höhe von etwa 120 km.

Der atmosphärische Druck ist der Druck auf die Objekte darin und die Erdoberfläche. Normal ist ein Indikator von 760 mm Hg. Kunst. (101 325 Pa). Je Höhenmeter sinkt der Druck um 100 mm.

Zusammensetzung der Atmosphäre

Die Lufthülle der Erde besteht hauptsächlich aus Gasen und verschiedenen Verunreinigungen (Staub, Wassertropfen, Eiskristalle, Meersalze, Verbrennungsprodukte), deren Menge nicht konstant ist. Die Hauptgase sind Stickstoff (78 %), Sauerstoff (21 %) und Argon (0,93 %). Die Konzentration von Gasen, aus denen die Atmosphäre besteht, ist nahezu konstant, mit Ausnahme von Kohlendioxid CO2 (0,03 %).

Die Atmosphäre enthält außerdem SO2, CH4, NH3, CO, Kohlenwasserstoffe, HC1, HF, Hg-Dampf, I2, sowie NO und viele andere Gase in geringen Mengen. In der Troposphäre gibt es ständig eine große Menge an schwebenden festen und flüssigen Partikeln (Aerosol).