YouTube ensiklopedis

1 / 5

Pesawat luar angkasa Bumi (Episode 14) - Atmosfer

Mengapa atmosfer tidak ditarik ke ruang hampa udara?

Masuk ke atmosfer bumi dari pesawat ruang angkasa "Soyuz TMA-8"

Struktur suasana, makna, studi

O. S. Ugolnikov "Atmosfer atas. Pertemuan Bumi dan luar angkasa"

Subtitle

Batas atmosfer

Atmosfer dianggap sebagai area di sekitar Bumi di mana media gas berputar bersama dengan Bumi secara keseluruhan. Atmosfer masuk ke ruang antarplanet secara bertahap, di eksosfer, mulai dari ketinggian 500-1000 km dari permukaan bumi.

Menurut definisi yang diusulkan oleh Federasi Penerbangan Internasional, batas antara atmosfer dan ruang angkasa ditarik di sepanjang garis Karmana, yang terletak di ketinggian sekitar 100 km, di mana penerbangan udara sama sekali tidak mungkin dilakukan. NASA menggunakan tanda 122 kilometer (400.000 kaki) sebagai batas atmosfer, di mana pesawat ulang-alik beralih dari manuver propulsi ke manuver aerodinamis.

Properti fisik

Selain gas yang tercantum dalam tabel, atmosfer mengandung: Cl 2 (\displaystyle (\ce (Cl2)))) , SO 2 (\displaystyle (\ce (SO2)))) , NH 3 (\displaystyle (\ce (NH3)))) , CO (\displaystyle ((\ce (CO))))) , O 3 (\displaystyle ((\ce (O3))))) , TIDAK 2 (\displaystyle (\ce (NO2))), hidrokarbon , HCl (\displaystyle (\ce (HCl))) , HF (\displaystyle (\ce (HF)))) , HBr (\displaystyle (\ce (HBr))) , HI (\displaystyle ((\ce (HI))))), pasangan Hg (\displaystyle (\ce (Hg))) , I 2 (\displaystyle (\ce (I2)))) , Br 2 (\displaystyle (\ce (Br2))), serta banyak gas lainnya dalam jumlah kecil. Di troposfer selalu ada sejumlah besar partikel padat dan cair tersuspensi (aerosol). Gas paling langka di atmosfer bumi adalah Rn (\displaystyle (\ce (Rn))) .

Struktur atmosfer

lapisan batas atmosfer

Lapisan bawah troposfer (tebal 1-2 km), di mana keadaan dan sifat permukaan bumi secara langsung mempengaruhi dinamika atmosfer.

Troposfer

Batas atasnya berada pada ketinggian 8-10 km di kutub, 10-12 km di daerah beriklim sedang, dan 16-18 km di garis lintang tropis; lebih rendah di musim dingin daripada di musim panas.
Lapisan utama atmosfer yang lebih rendah mengandung lebih dari 80% dari total massa udara atmosfer dan sekitar 90% dari semua uap air yang ada di atmosfer. Turbulensi dan konveksi sangat berkembang di troposfer, awan muncul, siklon dan antisiklon berkembang. Suhu menurun dengan ketinggian dengan gradien vertikal rata-rata 0,65 °/100 meter.

tropopause

Lapisan peralihan dari troposfer ke stratosfer, lapisan atmosfer di mana penurunan suhu dengan ketinggian berhenti.

Stratosfir

Lapisan atmosfer terletak pada ketinggian 11 sampai 50 km. Sedikit perubahan suhu di lapisan 11-25 km (lapisan bawah stratosfer) dan peningkatannya di lapisan 25-40 km dari minus 56,5 menjadi plus 0,8 °C (stratosfer atas atau wilayah inversi) adalah tipikal. Setelah mencapai nilai sekitar 273 K (hampir 0 °C) pada ketinggian sekitar 40 km, suhu tetap konstan hingga ketinggian sekitar 55 km. Daerah bersuhu konstan ini disebut stratopause dan merupakan batas antara stratosfer dan mesosfer.

Stratopause

Lapisan batas atmosfer antara stratosfer dan mesosfer. Ada maksimum dalam distribusi suhu vertikal (sekitar 0 °C).

Mesosfer

Termosfer

Batas atas sekitar 800 km. Suhu naik ke ketinggian 200-300 km, di mana ia mencapai nilai urutan 1500 K, setelah itu tetap hampir konstan hingga ketinggian tinggi. Di bawah aksi radiasi matahari dan radiasi kosmik, udara terionisasi ("lampu kutub") - wilayah utama ionosfer terletak di dalam termosfer. Pada ketinggian di atas 300 km, oksigen atom mendominasi. Batas atas termosfer sangat ditentukan oleh aktivitas Matahari saat ini. Selama periode aktivitas rendah - misalnya, pada 2008-2009 - ada penurunan nyata dalam ukuran lapisan ini.

Termopause

Wilayah atmosfer di atas termosfer. Di wilayah ini, penyerapan radiasi matahari dapat diabaikan dan suhu sebenarnya tidak berubah dengan ketinggian.

Eksosfer (bola hamburan)

Hingga ketinggian 100 km, atmosfer adalah campuran gas yang homogen dan tercampur dengan baik. Di lapisan yang lebih tinggi, distribusi gas di ketinggian tergantung pada massa molekulnya, konsentrasi gas yang lebih berat berkurang lebih cepat dengan jarak dari permukaan bumi. Karena penurunan densitas gas, suhu turun dari 0 °C di stratosfer menjadi minus 110 °C di mesosfer. Namun, energi kinetik partikel individu pada ketinggian 200-250 km sesuai dengan suhu ~ 150 °C. Di atas 200 km, fluktuasi suhu dan kerapatan gas yang signifikan diamati dalam ruang dan waktu.

Pada ketinggian sekitar 2000-3500 km, eksosfer secara bertahap melewati apa yang disebut dekat ruang hampa udara, yang diisi dengan partikel langka gas antarplanet, terutama atom hidrogen. Tapi gas ini hanya bagian dari materi antarplanet. Bagian lainnya terdiri dari partikel seperti debu yang berasal dari komet dan meteorik. Selain partikel debu yang sangat langka, radiasi elektromagnetik dan sel-sel yang berasal dari matahari dan galaksi menembus ke dalam ruang ini.

Tinjauan

Troposfer menyumbang sekitar 80% dari massa atmosfer, stratosfer menyumbang sekitar 20%; massa mesosfer tidak lebih dari 0,3%, termosfer kurang dari 0,05% dari total massa atmosfer.

Berdasarkan sifat listrik di atmosfer, mereka memancarkan neutrosfer dan ionosfir .

Tergantung pada komposisi gas di atmosfer, mereka memancarkan homosfer dan heterosfer. heterosfer- ini adalah area di mana gravitasi mempengaruhi pemisahan gas, karena pencampurannya pada ketinggian seperti itu dapat diabaikan. Oleh karena itu mengikuti komposisi variabel dari heterosfer. Di bawahnya terletak bagian atmosfer yang tercampur dengan baik dan homogen, yang disebut homosfer. Batas antara lapisan ini disebut turbopause, terletak di ketinggian sekitar 120 km.

Sifat lain dari atmosfer dan efeknya pada tubuh manusia

Sudah di ketinggian 5 km di atas permukaan laut, orang yang tidak terlatih mengembangkan kelaparan oksigen, dan tanpa adaptasi, kinerja seseorang berkurang secara signifikan. Di sinilah zona fisiologis atmosfer berakhir. Pernapasan manusia menjadi tidak mungkin pada ketinggian 9 km, meskipun hingga sekitar 115 km atmosfer mengandung oksigen.

Atmosfer memberi kita oksigen yang kita butuhkan untuk bernapas. Namun, karena penurunan tekanan total atmosfer, saat seseorang naik ke ketinggian, tekanan parsial oksigen juga menurun.

Sejarah terbentuknya atmosfer

Menurut teori yang paling umum, atmosfer bumi telah berada dalam tiga komposisi berbeda sepanjang sejarahnya. Awalnya, itu terdiri dari gas ringan (hidrogen dan helium) yang ditangkap dari ruang antarplanet. Ini disebut atmosfer utama. Pada tahap selanjutnya, aktivitas vulkanik aktif menyebabkan kejenuhan atmosfer dengan gas selain hidrogen (karbon dioksida, amonia, uap air). Begini caranya atmosfer sekunder. Suasana ini adalah restoratif. Selanjutnya, proses pembentukan atmosfer ditentukan oleh faktor-faktor berikut:

• kebocoran gas ringan (hidrogen dan helium) ke ruang antarplanet;
• reaksi kimia yang terjadi di atmosfer di bawah pengaruh radiasi ultraviolet, pelepasan petir dan beberapa faktor lainnya.

Secara bertahap, faktor-faktor ini menyebabkan pembentukan atmosfer tersier, dicirikan oleh kandungan hidrogen yang jauh lebih rendah dan kandungan nitrogen dan karbon dioksida yang jauh lebih tinggi (terbentuk sebagai hasil reaksi kimia dari amonia dan hidrokarbon).

Nitrogen

Pembentukan nitrogen dalam jumlah besar disebabkan oleh oksidasi atmosfer amonia-hidrogen oleh molekul oksigen O 2 (\displaystyle (\ce (O2)))), yang mulai muncul dari permukaan planet sebagai hasil fotosintesis, mulai dari 3 miliar tahun yang lalu. Juga nitrogen N 2 (\displaystyle (\ce (N2)))) dilepaskan ke atmosfer sebagai akibat dari denitrifikasi nitrat dan senyawa yang mengandung nitrogen lainnya. Nitrogen dioksidasi oleh ozon menjadi TIDAK (\displaystyle ((\ce (TIDAK)))) di lapisan atas atmosfer.

Nitrogen N 2 (\displaystyle (\ce (N2)))) masuk ke dalam reaksi hanya dalam kondisi tertentu (misalnya, selama pelepasan petir). Oksidasi molekul nitrogen oleh ozon selama pelepasan listrik digunakan dalam jumlah kecil dalam produksi industri pupuk nitrogen. Ini dapat dioksidasi dengan konsumsi energi yang rendah dan diubah menjadi bentuk biologis aktif oleh cyanobacteria (ganggang biru-hijau) dan bakteri bintil yang membentuk simbiosis rhizobium dengan kacang-kacangan, yang dapat menjadi tanaman pupuk hijau yang efektif yang tidak menguras, tetapi memperkaya tanah dengan pupuk alami.

Oksigen

Komposisi atmosfer mulai berubah secara radikal dengan munculnya organisme hidup di Bumi, sebagai hasil dari fotosintesis, disertai dengan pelepasan oksigen dan penyerapan karbon dioksida. Awalnya, oksigen dihabiskan untuk oksidasi senyawa tereduksi - amonia, hidrokarbon, bentuk besi dari besi yang terkandung di lautan dan lainnya. Pada akhir tahap ini, kandungan oksigen di atmosfer mulai bertambah. Secara bertahap, atmosfer modern dengan sifat pengoksidasi terbentuk. Karena ini menyebabkan perubahan serius dan mendadak dalam banyak proses yang terjadi di atmosfer, litosfer dan biosfer, peristiwa ini disebut Bencana Oksigen.

gas mulia

Polusi udara

Baru-baru ini, manusia mulai mempengaruhi evolusi atmosfer. Hasil aktivitas manusia adalah peningkatan konstan kandungan karbon dioksida di atmosfer karena pembakaran bahan bakar hidrokarbon yang terakumulasi dalam zaman geologis sebelumnya. Jumlah yang sangat besar dikonsumsi dalam fotosintesis dan diserap oleh lautan dunia. Gas ini masuk ke atmosfer karena dekomposisi batuan karbonat dan zat organik yang berasal dari tumbuhan dan hewan, serta karena aktivitas vulkanisme dan produksi manusia. Selama 100 tahun terakhir konten CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2)))) di atmosfer meningkat 10%, dengan bagian utama (360 miliar ton) berasal dari pembakaran bahan bakar. Jika laju pertumbuhan pembakaran bahan bakar terus berlanjut, maka dalam 200-300 tahun ke depan jumlahnya CO 2 (\displaystyle (\ce (CO2)))) ganda di atmosfer dan dapat menyebabkan

Halaman 4 dari 10

Pembentukan atmosfer Bumi dimulai pada zaman kuno - pada tahap protoplanet perkembangan Bumi, selama periode letusan gunung berapi aktif dengan pelepasan sejumlah besar gas. Kemudian, ketika lautan dan biosfer muncul di Bumi, pembentukan atmosfer berlanjut karena pertukaran gas antara air, tumbuhan, hewan, dan produk penguraiannya.

Sepanjang sejarah geologi, atmosfer bumi telah mengalami serangkaian transformasi besar.

atmosfer utama bumi. Pemulihan.

Bagian Atmosfer utama bumi pada tahap protoplanet perkembangan Bumi (lebih dari 4,2 miliar tahun yang lalu), metana, amonia, dan karbon dioksida sebagian besar dimasukkan. Kemudian, sebagai hasil dari degassing mantel bumi dan proses pelapukan terus menerus di permukaan bumi, komposisi atmosfer utama bumi diperkaya dengan uap air, senyawa karbon (CO 2 , CO) dan belerang, serta halogen kuat. asam (HCI, HF, HI) dan asam borat. Suasana awalnya sangat tipis.

atmosfer sekunder bumi. Oksidatif.

Selanjutnya, atmosfer primer mulai berubah menjadi atmosfer sekunder. Ini terjadi sebagai akibat dari proses pelapukan yang sama yang terjadi di permukaan bumi, aktivitas vulkanik dan matahari, serta aktivitas vital cyanobacteria dan ganggang biru-hijau.

Transformasi menghasilkan dekomposisi metana menjadi hidrogen dan karbon dioksida, dan amonia menjadi nitrogen dan hidrogen. Karbon dioksida dan nitrogen mulai menumpuk di atmosfer bumi.

Ganggang biru-hijau melalui fotosintesis mulai menghasilkan oksigen, yang hampir semuanya dihabiskan untuk oksidasi gas dan batuan lain. Akibatnya, amonia dioksidasi menjadi molekul nitrogen, metana dan karbon monoksida - menjadi karbon dioksida, belerang dan hidrogen sulfida - menjadi SO 2 dan SO 3.

Dengan demikian, atmosfer secara bertahap berubah dari atmosfer pereduksi menjadi atmosfer pengoksidasi.

Pembentukan dan evolusi karbon dioksida di atmosfer primer dan sekunder.

Sumber karbon dioksida pada tahap awal pembentukan atmosfer bumi:

• Oksidasi metana,
• Degassing mantel bumi,
• Pelapukan batuan.

Pada pergantian Proterozoikum dan Paleozoikum (sekitar 600 juta tahun yang lalu), kandungan karbon dioksida di atmosfer menurun dan hanya berjumlah sepersepuluh persen dari total volume gas di atmosfer.

Tingkat kandungan karbon dioksida di atmosfer saat ini baru mencapai 10-20 juta tahun yang lalu.

Pembentukan dan evolusi oksigen di atmosfer primer dan sekunder Bumi.

Sumber oksigen tahap awal pembentukan atmosfer Tanah:

• Degassing mantel bumi - hampir semua oksigen dihabiskan untuk proses oksidatif.
• Fotodisosiasi air (penguraian menjadi molekul hidrogen dan oksigen) di atmosfer di bawah aksi radiasi ultraviolet - sebagai akibatnya, molekul oksigen bebas muncul di atmosfer.
• Pemrosesan karbon dioksida menjadi oksigen oleh eukariota. Munculnya oksigen bebas di atmosfer menyebabkan kematian prokariota (beradaptasi dengan kehidupan dalam kondisi pereduksi) dan munculnya eukariota (beradaptasi untuk hidup dalam lingkungan pengoksidasi).

Perubahan konsentrasi oksigen di atmosfer bumi.

Archean - paruh pertama Proterozoikum – konsentrasi oksigen 0,01% dari level saat ini (titik Urey). Hampir semua oksigen yang dihasilkan dihabiskan untuk oksidasi besi dan belerang. Ini berlanjut sampai semua besi besi di permukaan bumi teroksidasi. Sejak itu, oksigen mulai menumpuk di atmosfer.

Paruh kedua Proterozoikum - akhir dari awal Vendian – konsentrasi oksigen di atmosfer adalah 0,1% dari level saat ini (titik Pasteur).

Vendian Akhir - Periode Silur. Oksigen bebas merangsang perkembangan kehidupan - proses fermentasi anaerobik digantikan oleh metabolisme oksigen yang lebih menjanjikan dan progresif. Sejak itu, akumulasi oksigen di atmosfer cukup cepat. Munculnya tumbuhan dari laut ke darat (450 juta tahun yang lalu) menyebabkan stabilisasi tingkat oksigen di atmosfer.

Pertengahan Kapur . Stabilisasi akhir dari konsentrasi oksigen di atmosfer dikaitkan dengan munculnya tanaman berbunga (100 juta tahun yang lalu).

Pembentukan dan evolusi nitrogen di atmosfer primer dan sekunder Bumi.

Nitrogen terbentuk pada tahap awal perkembangan Bumi karena dekomposisi amonia. Pengikatan nitrogen atmosfer dan penguburannya di sedimen laut dimulai dengan munculnya organisme. Setelah pelepasan organisme hidup di darat, nitrogen mulai terkubur di sedimen benua. Proses fiksasi nitrogen terutama diintensifkan dengan munculnya tanaman terestrial.

Dengan demikian, komposisi atmosfer bumi menentukan karakteristik kehidupan organisme, berkontribusi pada evolusi, perkembangan, dan penyelesaiannya di permukaan bumi. Namun dalam sejarah Bumi terkadang terjadi kegagalan dalam pendistribusian komposisi gas tersebut. Alasan untuk ini adalah berbagai bencana yang terjadi lebih dari sekali selama Cryptozoic dan Fanerozoic. Kegagalan ini menyebabkan kepunahan massal dunia organik.

Komposisi atmosfer bumi kuno dan modern dalam persentase ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Komposisi atmosfer primer dan modern Bumi.

gas	Komposisi atmosfer bumi
	Atmosfer utama, %	Suasana modern, %
Nitrogen N2
Oksigen O2
Ozon O3
Karbon dioksida CO2
Karbon monoksida CO
uap air
Argon Ar

Itu adalah artikel “Pembentukan Atmosfer Bumi. Atmosfer bumi primer dan sekunder. Baca lebih lanjut: «

Atmosfer adalah cangkang gas planet kita yang berputar bersama Bumi. Gas di atmosfer disebut udara. Atmosfer bersinggungan dengan hidrosfer dan sebagian menutupi litosfer. Tetapi sulit untuk menentukan batas atas. Secara konvensional, diasumsikan bahwa atmosfer memanjang ke atas sekitar tiga ribu kilometer. Di sana ia mengalir dengan lancar ke ruang hampa udara.

Komposisi kimia atmosfer bumi

Pembentukan komposisi kimia atmosfer dimulai sekitar empat miliar tahun yang lalu. Awalnya, atmosfer hanya terdiri dari gas ringan - helium dan hidrogen. Menurut para ilmuwan, prasyarat awal untuk penciptaan cangkang gas di sekitar Bumi adalah letusan gunung berapi, yang, bersama dengan lava, mengeluarkan sejumlah besar gas. Selanjutnya, pertukaran gas dimulai dengan ruang air, dengan organisme hidup, dengan produk aktivitas mereka. Komposisi udara berangsur-angsur berubah dan dalam bentuknya yang sekarang telah ditetapkan beberapa juta tahun yang lalu.

Komponen utama atmosfer adalah nitrogen (sekitar 79%) dan oksigen (20%). Persentase sisanya (1%) diperhitungkan oleh gas-gas berikut: argon, neon, helium, metana, karbon dioksida, hidrogen, kripton, xenon, ozon, amonia, sulfur dioksida dan nitrogen, dinitrogen oksida dan karbon monoksida termasuk dalam yang satu ini persen.

Selain itu, udara mengandung uap air dan partikel (serbuk sari tanaman, debu, kristal garam, kotoran aerosol).

Baru-baru ini, para ilmuwan telah mencatat bukan perubahan kualitatif, tetapi kuantitatif dalam beberapa bahan udara. Dan alasan untuk ini adalah orang dan aktivitasnya. Hanya dalam 100 tahun terakhir, kandungan karbon dioksida telah meningkat secara signifikan! Ini penuh dengan banyak masalah, yang paling global adalah perubahan iklim.

Pembentukan cuaca dan iklim

Atmosfer memainkan peran penting dalam membentuk iklim dan cuaca di Bumi. Banyak tergantung pada jumlah sinar matahari, sifat permukaan di bawahnya dan sirkulasi atmosfer.

Mari kita lihat faktor-faktornya secara berurutan.

1. Atmosfer mentransmisikan panas sinar matahari dan menyerap radiasi berbahaya. Orang Yunani kuno tahu bahwa sinar Matahari jatuh di berbagai bagian Bumi pada sudut yang berbeda. Kata "iklim" dalam terjemahan dari bahasa Yunani kuno berarti "lereng". Jadi, di khatulistiwa, sinar matahari jatuh hampir vertikal, karena sangat panas di sini. Semakin dekat ke kutub, semakin besar sudut kemiringannya. Dan suhunya menurun.

2. Karena pemanasan Bumi yang tidak merata, arus udara terbentuk di atmosfer. Mereka diklasifikasikan menurut ukurannya. Yang terkecil (puluhan dan ratusan meter) adalah angin lokal. Ini diikuti oleh monsun dan angin pasat, siklon dan antisiklon, zona frontal planet.

Semua massa udara ini terus bergerak. Beberapa di antaranya cukup statis. Misalnya, angin pasat yang bertiup dari daerah subtropis menuju khatulistiwa. Pergerakan orang lain sangat tergantung pada tekanan atmosfer.

3. Tekanan atmosfer merupakan faktor lain yang mempengaruhi pembentukan iklim. Ini adalah tekanan udara di permukaan bumi. Seperti yang Anda ketahui, massa udara bergerak dari area dengan tekanan atmosfer tinggi menuju area di mana tekanan ini lebih rendah.

Total ada 7 zona. Khatulistiwa adalah zona tekanan rendah. Selanjutnya, di kedua sisi khatulistiwa hingga garis lintang ketiga puluh - area bertekanan tinggi. Dari 30° hingga 60° - sekali lagi tekanan rendah. Dan dari 60 ° ke kutub - zona bertekanan tinggi. Massa udara bersirkulasi di antara zona-zona ini. Yang pergi dari laut ke darat membawa hujan dan cuaca buruk, dan yang bertiup dari benua membawa cuaca cerah dan kering. Di tempat-tempat di mana arus udara bertabrakan, zona depan atmosfer terbentuk, yang ditandai dengan curah hujan dan cuaca buruk, cuaca berangin.

Para ilmuwan telah membuktikan bahwa bahkan kesejahteraan seseorang bergantung pada tekanan atmosfer. Menurut standar internasional, tekanan atmosfer normal adalah 760 mm Hg. kolom pada 0°C. Angka ini dihitung untuk wilayah daratan yang hampir rata dengan permukaan laut. Tekanan berkurang dengan ketinggian. Oleh karena itu, misalnya, untuk St. Petersburg 760 mm Hg. - adalah norma. Namun untuk Moskow yang letaknya lebih tinggi, tekanan normalnya adalah 748 mm Hg.

Perubahan tekanan tidak hanya secara vertikal, tetapi juga secara horizontal. Ini terutama terasa selama berlalunya siklon.

Struktur atmosfer

Suasananya seperti kue lapis. Dan setiap lapisan memiliki karakteristiknya masing-masing.

. Troposfer merupakan lapisan yang paling dekat dengan bumi. "Ketebalan" lapisan ini berubah saat Anda menjauh dari ekuator. Di atas khatulistiwa, lapisan memanjang ke atas sejauh 16-18 km, di zona beriklim sedang - 10-12 km, di kutub - 8-10 km.

Di sinilah 80% dari total massa udara dan 90% uap air terkandung. Awan terbentuk di sini, siklon dan antisiklon muncul. Suhu udara tergantung pada ketinggian daerah. Rata-rata, turun 0,65 °C untuk setiap 100 meter.

. tropopause- lapisan transisi atmosfer. Tingginya dari beberapa ratus meter hingga 1-2 km. Suhu udara di musim panas lebih tinggi daripada di musim dingin. Jadi, misalnya, di atas kutub di musim dingin -65 ° C. Dan di atas khatulistiwa setiap saat sepanjang tahun -70 ° C.

. Stratosfir- ini adalah lapisan, batas atasnya membentang pada ketinggian 50-55 kilometer. Turbulensi rendah di sini, kandungan uap air di udara dapat diabaikan. Tapi banyak ozon. Konsentrasi maksimumnya berada pada ketinggian 20-25 km. Di stratosfer, suhu udara mulai naik dan mencapai +0,8 ° C. Ini disebabkan oleh fakta bahwa lapisan ozon berinteraksi dengan radiasi ultraviolet.

. Stratopause- lapisan menengah yang rendah antara stratosfer dan mesosfer yang mengikutinya.

. Mesosfer- batas atas lapisan ini adalah 80-85 kilometer. Di sini proses fotokimia kompleks yang melibatkan radikal bebas berlangsung. Merekalah yang memberikan cahaya biru lembut dari planet kita, yang terlihat dari luar angkasa.

Sebagian besar komet dan meteorit terbakar di mesosfer.

. mesopause- lapisan perantara berikutnya, suhu udara di mana setidaknya -90 °.

. Termosfer- batas bawah dimulai pada ketinggian 80 - 90 km, dan batas atas lapisan melewati kira-kira pada tanda 800 km. Suhu udara meningkat. Ini dapat bervariasi dari +500 ° C hingga +1000 ° C. Pada siang hari, fluktuasi suhu mencapai ratusan derajat! Tetapi udara di sini sangat jarang sehingga pengertian istilah "suhu" seperti yang kita bayangkan tidak tepat di sini.

. Ionosfir- menyatukan mesosfer, mesopause dan termosfer. Udara di sini sebagian besar terdiri dari molekul oksigen dan nitrogen, serta plasma kuasi-netral. Sinar matahari, yang jatuh ke ionosfer, mengionisasi molekul udara dengan kuat. Di lapisan bawah (hingga 90 km), tingkat ionisasinya rendah. Semakin tinggi, semakin banyak ionisasi. Jadi, pada ketinggian 100-110 km, elektron terkonsentrasi. Ini berkontribusi pada refleksi gelombang radio pendek dan menengah.

Lapisan ionosfer yang paling penting adalah lapisan atas, yang terletak di ketinggian 150-400 km. Keunikannya adalah memantulkan gelombang radio, dan ini berkontribusi pada transmisi sinyal radio jarak jauh.

Di ionosfer inilah fenomena seperti aurora terjadi.

. Eksosfer- Terdiri dari atom oksigen, helium dan hidrogen. Gas di lapisan ini sangat langka, dan atom hidrogen sering lepas ke luar angkasa. Oleh karena itu, lapisan ini disebut "zona hamburan".

Ilmuwan pertama yang menyatakan bahwa atmosfer kita memiliki berat adalah E. Torricelli dari Italia. Ostap Bender, misalnya, dalam novel "Anak Sapi Emas" mengeluh bahwa setiap orang ditekan oleh kolom udara seberat 14 kg! Tapi ahli strategi yang hebat itu sedikit keliru. Orang dewasa mengalami tekanan 13-15 ton! Tapi kita tidak merasakan beban ini, karena tekanan atmosfer seimbang dengan tekanan internal seseorang. Berat atmosfer kita adalah 5.300.000.000.000.000.000 ton. Angka itu sangat besar, meskipun hanya sepersejuta dari berat planet kita.

SUASANA

Atmosfer - cangkang udara Bumi (terluar dari cangkang bumi), yang terus berinteraksi dengan cangkang planet kita yang lain, terus-menerus mengalami pengaruh ruang dan, di atas segalanya, pengaruh Matahari. Massa atmosfer sama dengan sepersejuta massa Bumi.

Batas bawah atmosfer bertepatan dengan permukaan bumi. Atmosfer tidak memiliki batas atas yang diekspresikan dengan tajam: atmosfer secara bertahap melewati ruang antarplanet. Secara konvensional, 2-3 ribu km di atas permukaan bumi dianggap sebagai batas atas atmosfer. Perhitungan teoritis menunjukkan bahwa gravitasi bumi dapat menahan partikel udara individu yang mengambil bagian dalam pergerakan bumi pada ketinggian 42.000 km di khatulistiwa dan 28.000 km di kutub. Sampai saat ini, diyakini bahwa pada jarak yang sangat jauh dari permukaan bumi, atmosfer terdiri dari partikel gas langka yang hampir tidak bertabrakan dengan diri mereka sendiri dan ditahan oleh gravitasi bumi. Studi terbaru menunjukkan bahwa kerapatan partikel di bagian atas atmosfer jauh lebih besar dari yang diperkirakan, bahwa partikel memiliki muatan listrik dan ditahan bukan oleh gravitasi bumi, tetapi oleh medan magnetnya. Jarak di mana medan geomagnetik tidak hanya mampu menahan, tetapi juga menangkap partikel dari ruang antarplanet sangat besar (hingga 90.000 km).

Studi tentang atmosfer dilakukan baik secara visual maupun dengan bantuan berbagai instrumen khusus. Data penting tentang lapisan atmosfer yang tinggi diperoleh dengan meluncurkan roket meteorologi dan geofisika khusus (hingga 800 km), serta satelit bumi buatan (hingga 2000 km).

Komposisi atmosfer

Udara bersih dan kering adalah campuran mekanis dari beberapa gas. Yang utama adalah: nitrogen-78%, oksigen-21%, argon-1%, karbon dioksida. Kandungan gas lain (neon, helium, kripton, xenon, amonia, hidrogen, ozon) dapat diabaikan.

Jumlah karbon dioksida di atmosfer bervariasi dari 0,02 hingga 0,032%, lebih banyak di atas kawasan industri, lebih sedikit di atas lautan, di atas permukaan yang tertutup salju dan es.

Uap air memasuki atmosfer dalam jumlah 0 sampai 4% volume. Ia memasuki atmosfer sebagai akibat dari penguapan uap air dari permukaan bumi, dan oleh karena itu kandungannya berkurang dengan ketinggian: 90% dari semua uap air terkandung di lapisan atmosfer lima kilometer yang lebih rendah, di atas 10-12 km ada uap air yang sangat sedikit. Pentingnya uap air dalam sirkulasi panas dan kelembaban di atmosfer sangat besar.

Asal usul atmosfer

Menurut teori yang paling umum, atmosfer bumi telah berada dalam empat komposisi yang berbeda dari waktu ke waktu. Awalnya, itu terdiri dari gas ringan (hidrogen dan helium) yang ditangkap dari ruang antarplanet. Inilah yang disebut atmosfer primer (sekitar empat setengah miliar tahun yang lalu). Pada tahap selanjutnya, aktivitas vulkanik aktif menyebabkan kejenuhan atmosfer dengan gas selain hidrogen (karbon dioksida, amonia, uap air). Ini adalah bagaimana atmosfer sekunder terbentuk (sekitar tiga setengah miliar tahun hingga saat ini). Suasana ini adalah restoratif. Selanjutnya, dalam proses kebocoran gas ringan (hidrogen dan helium) ke ruang antarplanet dan reaksi kimia yang terjadi di atmosfer di bawah pengaruh radiasi ultraviolet, pelepasan petir dan beberapa faktor lainnya, atmosfer tersier terbentuk, ditandai dengan tingkat yang jauh lebih rendah. kandungan hidrogen dan kandungan nitrogen dan karbon dioksida yang jauh lebih tinggi ( terbentuk sebagai hasil reaksi kimia dari amonia dan hidrokarbon).

Pembentukan N2 dalam jumlah besar disebabkan oleh oksidasi atmosfer amonia-hidrogen oleh molekul O2, yang mulai muncul dari permukaan planet sebagai hasil fotosintesis, mulai dari 3,8 miliar tahun yang lalu. Nitrogen dioksidasi oleh ozon menjadi NO di atmosfer atas.

Oksigen

Komposisi atmosfer mulai berubah secara radikal dengan munculnya organisme hidup di Bumi, sebagai hasil dari fotosintesis, disertai dengan pelepasan oksigen dan penyerapan karbon dioksida. Awalnya, oksigen dihabiskan untuk oksidasi senyawa tereduksi - amonia, hidrokarbon, bentuk besi dari besi yang terkandung di lautan, dll. Pada akhir tahap ini, kandungan oksigen di atmosfer mulai tumbuh. Secara bertahap, atmosfer modern dengan sifat pengoksidasi terbentuk.

Karbon dioksida

Di lapisan atmosfer dari permukaan bumi hingga 60 km ada ozon (O 3) - oksigen triatomik, yang dihasilkan dari pemecahan molekul oksigen biasa dan redistribusi atomnya. Di lapisan bawah atmosfer, ozon muncul di bawah pengaruh faktor acak (pelepasan petir, oksidasi beberapa zat organik), di lapisan yang lebih tinggi ia terbentuk di bawah pengaruh radiasi ultraviolet dari Matahari, yang diserapnya. Konsentrasi ozon sangat tinggi pada ketinggian 22-26 km. Jumlah total ozon di atmosfer dapat diabaikan: pada suhu 0C di bawah kondisi tekanan normal di permukaan bumi, semua ozon akan muat dalam lapisan setebal 3 mm. Kandungan ozon lebih tinggi di atmosfer garis lintang kutub daripada di garis lintang khatulistiwa, meningkat di musim semi dan menurun di musim gugur. Ozon sepenuhnya menyerap radiasi ultraviolet dari Matahari, yang berbahaya bagi kehidupan. Ini juga menunda radiasi termal Bumi, melindungi permukaannya dari pendinginan.

Selain konstituen gas, partikel terkecil dari berbagai asal, berbagai bentuk, ukuran, komposisi kimia dan sifat fisik (asap, debu) selalu tersuspensi di atmosfer - aerosol .. Partikel tanah, produk pelapukan batuan memasuki atmosfer dari permukaan bumi, debu vulkanik, garam laut, asap, partikel organik (mikroorganisme, spora, serbuk sari).

Debu kosmik memasuki atmosfer bumi dari ruang antarplanet. Lapisan atmosfer hingga ketinggian 100 km mengandung lebih dari 28 juta ton debu kosmik, yang perlahan turun ke permukaan.

Ada sudut pandang bahwa sebagian besar debu dikemas ke dalam bentuk khusus oleh organisme di laut.

Partikel aerosol memainkan peran penting dalam pengembangan sejumlah proses atmosfer. Banyak dari mereka adalah inti kondensasi yang diperlukan untuk pembentukan kabut dan awan. Fenomena listrik atmosfer dikaitkan dengan aerosol bermuatan.

Sampai ketinggian sekitar 100 km, komposisi atmosfernya konstan. Atmosfer terutama terdiri dari nitrogen molekuler dan oksigen molekuler; di lapisan bawah, jumlah pengotor menurun tajam dengan ketinggian. Di atas 100 km, molekul oksigen, dan kemudian nitrogen (di atas 220 km), terbelah di bawah pengaruh radiasi ultraviolet. Di lapisan dari 100 hingga 500 km, oksigen atom mendominasi. Pada ketinggian 500 hingga 2000 km, atmosfer sebagian besar terdiri dari gas inert ringan - helium, di atas 2000 km - atom hidrogen.

Ionisasi atmosfer

Atmosfer mengandung partikel bermuatan - ion, dan karena keberadaannya bukan isolator yang ideal, tetapi memiliki kemampuan untuk menghantarkan listrik. Ion terbentuk di atmosfer di bawah pengaruh ionizers, yang memberikan energi kepada atom yang cukup untuk melepaskan elektron dari kulit atom. Elektron yang terlepas hampir seketika melekat pada atom lain. Akibatnya, atom pertama dari netral menjadi bermuatan positif, dan yang kedua memperoleh muatan negatif. Ion-ion seperti itu tidak bertahan lama, molekul-molekul udara di sekitarnya bergabung, membentuk apa yang disebut ion ringan. Ion ringan menempel pada aerosol, memberi mereka muatan dan membentuk ion yang lebih besar - yang berat.

Ionizers atmosfer adalah: radiasi ultraviolet Matahari, radiasi kosmik, radiasi zat radioaktif yang terkandung di kerak bumi dan di atmosfer. Sinar ultraviolet tidak memiliki efek pengion pada lapisan bawah atmosfer - pengaruhnya adalah yang utama di lapisan atas atmosfer. Radioaktivitas sebagian besar batuan sangat rendah, efek pengionnya sudah nol pada ketinggian beberapa ratus meter (dengan pengecualian deposit unsur radioaktif, sumber radioaktif, dll.). Pentingnya radiasi kosmik sangat besar. Dengan daya tembus yang sangat tinggi, sinar kosmik menembus seluruh ketebalan atmosfer dan menembus jauh ke dalam lautan dan kerak bumi. Intensitas sinar kosmik berfluktuasi sangat sedikit seiring waktu. Efek pengionnya paling sedikit di ekuator dan paling besar di dekat garis lintang 20º; dengan ketinggian, intensitas ionisasi akibat sinar kosmik meningkat, mencapai maksimum pada ketinggian 12–18 km.

Ionisasi atmosfer ditandai dengan konsentrasi ion (kandungannya dalam 1 cm kubik); konduktivitas listrik atmosfer tergantung pada konsentrasi dan mobilitas ion cahaya. Konsentrasi ion meningkat dengan ketinggian. Pada ketinggian 3-4 km, hingga 1000 pasang ion, mencapai nilai maksimumnya pada ketinggian 100-250 km. Dengan demikian, konduktivitas listrik atmosfer juga meningkat. Karena ada lebih banyak ion ringan di udara bersih, ia memiliki konduktivitas yang lebih besar daripada udara berdebu.

Sebagai hasil dari aksi gabungan antara muatan yang terkandung di atmosfer dan muatan di permukaan bumi, terciptalah medan listrik di atmosfer. Dalam kaitannya dengan permukaan bumi, atmosfer bermuatan positif. Arus ion positif (dari permukaan bumi) dan negatif (ke permukaan bumi) muncul di antara atmosfer dan permukaan bumi. Menurut komposisi listrik, itu dilepaskan di atmosfer neutrosfer (hingga ketinggian 80 km) - lapisan dengan komposisi netral dan ionosfir (lebih dari 80 km) - lapisan terionisasi.

Struktur atmosfer

Atmosfer dibagi menjadi lima bidang, yang berbeda terutama dalam suhu. Bola dipisahkan oleh lapisan transisi - jeda.

Troposfer- lapisan bawah atmosfer, mengandung sekitar dari seluruh massanya. Troposfer mengandung hampir semua uap air di atmosfer. Batas atasnya mencapai ketinggian tertinggi - 17 km - di khatulistiwa dan menurun ke arah kutub hingga 8-10 km. Di garis lintang sedang, ketinggian rata-rata troposfer adalah 10-12 km. Fluktuasi di batas atas troposfer bergantung pada suhu: di musim dingin batas ini lebih tinggi, di musim panas lebih rendah; dan pada siang hari, fluktuasi e bisa mencapai beberapa kilometer.

Suhu di troposfer dari permukaan bumi hingga tropopause menurun rata-rata 0,6º untuk setiap 100 m. Udara terus bercampur di troposfer, membentuk awan, dan terjadi presipitasi. Angkutan udara horizontal didominasi oleh pergerakan dari barat ke timur.

Lapisan atmosfer paling bawah yang berbatasan langsung dengan permukaan bumi disebut lapisan permukaan. Proses fisik di lapisan ini di bawah pengaruh permukaan bumi dibedakan oleh orisinalitasnya. Di sini, perubahan suhu pada siang hari dan sepanjang tahun sangat terasa.

tropopause- lapisan peralihan dari troposfer ke stratosfer. Ketinggian tropopause dan suhunya bervariasi menurut garis lintang. Dari khatulistiwa ke kutub, tropopause berkurang, dan penurunan ini terjadi secara tidak merata: pada sekitar 30–40º lintang utara dan selatan, jeda di tropopause diamati. Akibatnya, tampaknya dibagi menjadi dua bagian tropis dan kutub, terletak 35–40º satu di atas yang lain. Semakin tinggi tropopause, semakin rendah suhunya. Pengecualian adalah daerah kutub, di mana tropopause rendah dan dingin. Suhu terendah yang tercatat di tropopause adalah 92º.

Stratosfir- berbeda dari troposfer dalam penghalusan udara yang tinggi, hampir tidak adanya uap air dan kandungan ozon yang relatif tinggi, mencapai maksimum pada ketinggian 22–26 km. Suhu di stratosfer meningkat sangat lambat dengan ketinggian. Di batas bawah stratosfer di atas khatulistiwa, suhu sekitar -76º sepanjang tahun, di wilayah kutub utara pada Januari -65º, pada Juli -42º. Perbedaan suhu menyebabkan udara bergerak. Kecepatan angin di stratosfer mencapai 340 km/jam.

Di stratosfer tengah, awan tipis muncul - mutiara, terdiri dari kristal es dan tetesan air yang sangat dingin.

Di stratopause, suhunya sekitar 0º

Mesosfer- ditandai dengan perubahan suhu yang signifikan dengan ketinggian. Hingga ketinggian 60 km, suhu naik dan mencapai +20º, di batas atas bola suhu turun menjadi -75º. Pada ketinggian 75–80 km, penurunan t digantikan oleh kenaikan baru. Di musim panas, pada ketinggian ini, awan tipis dan cemerlang terbentuk - keperakan, mungkin terdiri dari uap air yang sangat dingin. Pergerakan awan noctilucent menunjukkan variabilitas besar dalam arah dan kecepatan pergerakan udara (dari 60 hingga beberapa ratus km / jam), yang terutama terlihat selama periode transisi dari satu musim ke musim lainnya.

PADA termosfer - (di ionosfer) suhu naik dengan ketinggian, mencapai +1000º di batas atas. Kecepatan partikel gas sangat besar, tetapi dengan ruang yang sangat jarang, tabrakan mereka sangat jarang.

Bersama dengan partikel netral, termosfer mengandung elektron dan ion bebas. Ada ratusan dan ribuan dari mereka dalam satu sentimeter kubik volume, dan jutaan di lapisan kepadatan maksimum. Termosfer adalah bola gas terionisasi yang dijernihkan, terdiri dari serangkaian lapisan. Lapisan terionisasi yang memantulkan, menyerap, dan membiaskan gelombang radio memiliki dampak besar pada komunikasi radio. Lapisan ionisasi diekspresikan dengan baik pada siang hari. Ionisasi membuat termosfer menjadi konduktif secara elektrik dan arus listrik yang kuat mengalir di dalamnya. Di termosfer, bergantung pada aktivitas matahari, kerapatan (seratus kali lipat) dan suhu (ratusan derajat) sangat berubah. Aktivitas Matahari dikaitkan dengan terjadinya aurora di termosfer.

Eksosfer- zona hamburan, bagian luar termosfer, terletak di atas 700 km. Gas di eksosfer sangat langka, dan karenanya partikelnya bocor ke ruang antarplanet.

Pada ketinggian sekitar 2000-3000 km, eksosfer secara bertahap melewati apa yang disebut ruang hampa udara dekat, yang diisi dengan partikel gas antarplanet yang sangat langka, terutama atom hidrogen. Tapi gas ini hanya bagian dari materi antarplanet. Bagian lainnya terdiri dari partikel seperti debu yang berasal dari komet dan meteorik. Selain partikel seperti debu yang sangat langka, radiasi elektromagnetik dan sel-sel yang berasal dari matahari dan galaksi menembus ke dalam ruang ini.

Hidrogen yang keluar dari eksosfer membentuk apa yang disebut mahkota duniawi memanjang hingga ketinggian 20.000 km.

Radiasi sinar matahari

Bumi menerima dari Matahari 1,36 x 10 24 kal panas per tahun. Dibandingkan dengan jumlah energi ini, jumlah energi radiasi yang tersisa yang mencapai permukaan bumi dapat diabaikan. Bahwa, energi radiasi bintang adalah seperseratus juta dari energi matahari, radiasi kosmik adalah dua per miliar, panas internal Bumi di permukaannya sama dengan seperlima ribu panas matahari.

Radiasi matahari - radiasi matahari - adalah sumber energi utama untuk hampir semua proses yang terjadi di atmosfer, hidrosfer, dan atmosfer bagian atas.

Radiasi sinar matahari- radiasi elektromagnetik dan sel-sel Matahari.

Komponen elektromagnetik dari radiasi matahari merambat dengan kecepatan cahaya dan menembus ke atmosfer bumi. Radiasi matahari mencapai permukaan bumi dalam bentuk radiasi langsung dan difus. Secara total, Bumi menerima dari Matahari kurang dari satu dua miliar radiasinya. Rentang spektral radiasi elektromagnetik Matahari sangat luas - dari gelombang radio hingga sinar-X - namun, intensitas maksimumnya jatuh pada bagian spektrum yang terlihat (kuning-hijau).

Ada juga bagian sel dari radiasi matahari, yang sebagian besar terdiri dari proton yang bergerak dari Matahari dengan kecepatan 300-1500 km/s. Selama semburan matahari, partikel berenergi tinggi (terutama proton dan elektron) juga terbentuk, yang membentuk komponen matahari dari sinar kosmik.

Kontribusi energi komponen korpuskular radiasi matahari terhadap intensitas totalnya kecil dibandingkan dengan komponen elektromagnetik. Oleh karena itu, dalam beberapa aplikasi, istilah "radiasi matahari" digunakan dalam arti sempit, artinya hanya bagian elektromagnetiknya.

Satuan ukuran untuk intensitas radiasi matahari adalah jumlah kalori panas yang diserap oleh 1 cm 2 dari permukaan yang benar-benar hitam tegak lurus terhadap arah sinar matahari, per 1 inci. (kal / cm 2 x menit).

Aliran energi radiasi dari Matahari, mencapai atmosfer bumi, sangat konstan. Saya menyebut intensitasnya konstanta matahari (I 0) dan mengambil rata-rata 1,88 kkal / cm 2 x menit.

Nilai konstanta matahari berfluktuasi tergantung pada jarak dari Bumi ke Matahari dan aktivitas matahari. Fluktuasinya sepanjang tahun adalah 3,4–3,5%.

Jika sinar matahari di mana-mana jatuh secara vertikal di permukaan bumi, maka tanpa atmosfer dan dengan konstanta matahari 1,88 kkal / cm 2 x menit, setiap sentimeter perseginya akan menerima 1000 kkal per tahun. Berkat Ohm, bahwa Bumi itu bulat, jumlah ini berkurang 4 kali lipat, dan 1 sq. cm menerima rata-rata 250 kkal per tahun.

Jumlah radiasi matahari yang diterima oleh permukaan tergantung pada sudut datang sinar.

Permukaan yang tegak lurus dengan arah datangnya sinar matahari menerima jumlah radiasi yang maksimum, karena dalam hal ini semua energi didistribusikan ke suatu daerah yang luas penampangnya sama dengan luas penampang berkas sinar - sebuah. Dengan insiden miring dari berkas sinar yang sama, energi didistribusikan di area yang luas (penampang melintang b) dan satu unit permukaan menerima lebih sedikit. Semakin kecil sudut datang sinar maka semakin rendah intensitas radiasi matahari.

Ketergantungan intensitas radiasi matahari pada sudut datang sinar dinyatakan dengan rumus:

Saya 1 =Saya 0 dosa h

Saya 1 jauh lebih sedikit Saya 0 berapa kali penampang? sebuah bagian yang lebih sedikit b.

Sudut datang sinar matahari (ketinggian matahari) sama dengan 90º hanya pada garis lintang antara daerah tropis. Di lintang lain, selalu kurang dari 90º. Menurut penurunan sudut datang sinar, intensitas radiasi matahari yang tiba di permukaan pada garis lintang yang berbeda juga harus berkurang. Karena ketinggian Matahari tidak tetap sepanjang tahun dan siang hari, jumlah panas matahari yang diterima oleh permukaan terus berubah.

Atmosfer adalah campuran dari berbagai gas. Itu membentang dari permukaan Bumi hingga ketinggian hingga 900 km, melindungi planet ini dari spektrum radiasi matahari yang berbahaya, dan mengandung gas yang diperlukan untuk semua kehidupan di planet ini. Atmosfer menjebak panas matahari, menghangatkan di dekat permukaan bumi dan menciptakan iklim yang menguntungkan.

Komposisi atmosfer

Atmosfer bumi terutama terdiri dari dua gas - nitrogen (78%) dan oksigen (21%). Selain itu, mengandung kotoran karbon dioksida dan gas lainnya. di atmosfer ada dalam bentuk uap, tetesan uap air di awan dan kristal es.

Lapisan atmosfer

Atmosfer terdiri dari banyak lapisan, di antaranya tidak ada batas yang jelas. Suhu lapisan yang berbeda sangat berbeda satu sama lain.

• magnetosfer tanpa udara. Sebagian besar satelit bumi terbang ke sini di luar atmosfer bumi.
• Eksosfer (450-500 km dari permukaan). Hampir tidak mengandung gas. Beberapa satelit cuaca terbang di eksosfer. Termosfer (80-450 km) dicirikan oleh suhu tinggi mencapai 1700 °C di lapisan atas.
• Mesosfer (50-80 km). Di bidang ini, suhu turun seiring bertambahnya ketinggian. Di sinilah sebagian besar meteorit (pecahan batuan luar angkasa) yang masuk ke atmosfer terbakar habis.
• Stratosfer (15-50 km). Mengandung lapisan ozon, yaitu lapisan ozon yang menyerap radiasi ultraviolet dari matahari. Hal ini menyebabkan peningkatan suhu di dekat permukaan bumi. Pesawat jet biasanya terbang di sini, seperti visibilitas di lapisan ini sangat baik dan hampir tidak ada gangguan yang disebabkan oleh kondisi cuaca.
• Troposfer. Ketinggiannya bervariasi dari 8 sampai 15 km dari permukaan bumi. Di sinilah cuaca planet ini terbentuk, sejak di lapisan ini paling banyak mengandung uap air, debu dan angin. Suhu menurun dengan jarak dari permukaan bumi.

Tekanan atmosfer

Meskipun kita tidak merasakannya, lapisan atmosfer memberikan tekanan pada permukaan bumi. Yang tertinggi ada di dekat permukaan, dan saat Anda menjauh darinya, secara bertahap berkurang. Hal ini tergantung pada perbedaan suhu antara daratan dan lautan, dan oleh karena itu pada daerah yang berada pada ketinggian yang sama di atas permukaan laut, seringkali terdapat perbedaan tekanan. Tekanan rendah membawa cuaca basah, sementara tekanan tinggi biasanya membuat cuaca cerah.

Pergerakan massa udara di atmosfer

Dan tekanan menyebabkan atmosfer yang lebih rendah bercampur. Ini menciptakan angin yang bertiup dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah. Di banyak daerah, angin lokal juga terjadi, yang disebabkan oleh perbedaan suhu darat dan laut. Pegunungan juga memiliki pengaruh yang signifikan terhadap arah angin.

efek rumah kaca

Karbon dioksida dan gas lainnya di atmosfer bumi memerangkap panas matahari. Proses ini biasa disebut efek rumah kaca, karena dalam banyak hal mirip dengan sirkulasi panas di rumah kaca. Efek rumah kaca menyebabkan pemanasan global di planet ini. Di daerah bertekanan tinggi - antisiklon - solar yang jernih terbentuk. Di daerah bertekanan rendah - siklon - cuaca biasanya tidak stabil. Panas dan cahaya memasuki atmosfer. Gas-gas tersebut memerangkap panas yang dipantulkan dari permukaan bumi, sehingga menyebabkan suhu di bumi meningkat.

Ada lapisan ozon khusus di stratosfer. Ozon memblokir sebagian besar radiasi ultraviolet dari Matahari, melindungi Bumi dan semua kehidupan di atasnya darinya. Para ilmuwan telah menemukan bahwa penyebab kerusakan lapisan ozon adalah gas klorofluorokarbon dioksida khusus yang terkandung dalam beberapa aerosol dan peralatan pendingin. Di atas Kutub Utara dan Antartika, lubang besar telah ditemukan di lapisan ozon, berkontribusi pada peningkatan jumlah radiasi ultraviolet yang mempengaruhi permukaan bumi.

Ozon terbentuk di atmosfer yang lebih rendah sebagai hasil antara radiasi matahari dan berbagai asap dan gas buang. Biasanya menyebar melalui atmosfer, tetapi jika lapisan tertutup udara dingin terbentuk di bawah lapisan udara hangat, konsentrat ozon dan kabut asap terjadi. Sayangnya, ini tidak bisa menebus hilangnya ozon di lubang ozon.

Citra satelit dengan jelas menunjukkan lubang di lapisan ozon di atas Antartika. Ukuran lubang bervariasi, tetapi para ilmuwan percaya bahwa itu terus meningkat. Upaya sedang dilakukan untuk mengurangi tingkat gas buang di atmosfer. Kurangi polusi udara dan gunakan bahan bakar tanpa asap di kota. Kabut asap menyebabkan iritasi mata dan tersedak pada banyak orang.

Kemunculan dan evolusi atmosfer bumi

Atmosfer bumi modern adalah hasil dari perkembangan evolusioner yang panjang. Itu muncul sebagai hasil dari aksi bersama faktor geologis dan aktivitas vital organisme. Sepanjang sejarah geologi, atmosfer bumi telah melalui beberapa penataan ulang yang mendalam. Berdasarkan data geologis dan teoritis (prasyarat), atmosfer primordial Bumi muda, yang ada sekitar 4 miliar tahun yang lalu, dapat terdiri dari campuran gas inert dan mulia dengan sedikit tambahan nitrogen pasif (N. A. Yasamanov, 1985). ; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993. Saat ini, pandangan tentang komposisi dan struktur atmosfer awal agak berubah. Atmosfer primer (protoatmosfer) berada pada tahap protoplanet paling awal. 4,2 miliar tahun , dapat terdiri dari campuran metana, amonia dan karbon dioksida. Sebagai hasil dari degassing mantel dan proses pelapukan aktif yang terjadi di permukaan bumi, uap air, senyawa karbon berupa CO 2 dan CO, belerang dan senyawa mulai memasuki atmosfer , serta asam halogen kuat - HCI, HF, HI dan asam borat, yang dilengkapi dengan metana, amonia, hidrogen, argon dan beberapa gas mulia lainnya di atmosfer. sangat tipis. Oleh karena itu, suhu di dekat permukaan bumi mendekati suhu kesetimbangan radiasi (AS Monin, 1977).

Seiring waktu, komposisi gas atmosfer utama mulai berubah di bawah pengaruh pelapukan batuan yang menonjol di permukaan bumi, aktivitas vital cyanobacteria dan ganggang biru-hijau, proses vulkanik dan aksi sinar matahari. Hal ini menyebabkan dekomposisi metana menjadi dan karbon dioksida, amonia - menjadi nitrogen dan hidrogen; karbon dioksida mulai menumpuk di atmosfer sekunder, yang perlahan turun ke permukaan bumi, dan nitrogen. Berkat aktivitas vital ganggang biru-hijau, oksigen mulai diproduksi dalam proses fotosintesis, yang, bagaimanapun, pada awalnya terutama dihabiskan untuk "mengoksidasi gas atmosfer, dan kemudian batu. Pada saat yang sama, amonia, yang teroksidasi menjadi nitrogen molekuler, mulai terakumulasi secara intensif di atmosfer. Diasumsikan bahwa sebagian besar nitrogen di atmosfer modern adalah peninggalan. Metana dan karbon monoksida dioksidasi menjadi karbon dioksida. Sulfur dan hidrogen sulfida dioksidasi menjadi SO2 dan SO3, yang karena mobilitas dan ringannya yang tinggi, dengan cepat dihilangkan dari atmosfer. Dengan demikian, atmosfer dari yang tereduksi, seperti di Archean dan Proterozoikum awal, secara bertahap berubah menjadi atmosfer yang mengoksidasi.

Karbon dioksida memasuki atmosfer baik sebagai akibat dari oksidasi metana dan sebagai akibat dari pelepasan gas dari mantel dan pelapukan batuan. Jika semua karbon dioksida yang dilepaskan sepanjang sejarah Bumi tetap berada di atmosfer, tekanan parsialnya sekarang bisa menjadi sama seperti di Venus (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Tapi di Bumi, prosesnya terbalik. Sebagian besar karbon dioksida dari atmosfer dilarutkan dalam hidrosfer, di mana ia digunakan oleh organisme akuatik untuk membangun cangkangnya dan secara biologis diubah menjadi karbonat. Selanjutnya, lapisan paling kuat dari karbonat kemogenik dan organogenik terbentuk dari mereka.

Oksigen dipasok ke atmosfer dari tiga sumber. Untuk waktu yang lama, mulai dari saat pembentukan Bumi, ia dilepaskan selama degassing mantel dan sebagian besar dihabiskan untuk proses oksidatif.Sumber oksigen lain adalah fotodisosiasi uap air oleh radiasi matahari ultraviolet yang keras. penampilan; oksigen bebas di atmosfer menyebabkan kematian sebagian besar prokariota yang hidup dalam kondisi reduksi. Organisme prokariotik telah mengubah habitatnya. Mereka meninggalkan permukaan Bumi hingga kedalaman dan wilayahnya di mana kondisi reduksi masih dipertahankan. Mereka digantikan oleh eukariota, yang mulai dengan penuh semangat memproses karbon dioksida menjadi oksigen.

Selama Archean dan bagian penting dari Proterozoikum, hampir semua oksigen, yang muncul baik secara abiogenik maupun biogenik, terutama dihabiskan untuk oksidasi besi dan belerang. Pada akhir Proterozoikum, semua besi divalen logam yang ada di permukaan bumi baik teroksidasi atau pindah ke inti bumi. Hal ini menyebabkan fakta bahwa tekanan parsial oksigen di atmosfer Proterozoikum awal berubah.

Di tengah Proterozoikum, konsentrasi oksigen di atmosfer mencapai titik Urey dan sebesar 0,01% dari level saat ini. Sejak saat itu, oksigen mulai menumpuk di atmosfer dan, mungkin, sudah di ujung Riphean, kandungannya mencapai titik Pasteur (0,1% dari level saat ini). Ada kemungkinan bahwa lapisan ozon muncul pada periode Vendian dan saat itu tidak pernah hilang.

Munculnya oksigen bebas di atmosfer bumi merangsang evolusi kehidupan dan menyebabkan munculnya bentuk-bentuk baru dengan metabolisme yang lebih sempurna. Jika ganggang dan sianida uniseluler eukariotik sebelumnya, yang muncul pada awal Proterozoikum, membutuhkan kandungan oksigen dalam air hanya 10 -3 dari konsentrasi modernnya, maka dengan munculnya Metazoa non-skeletal pada akhir Vendian Awal, yaitu, sekitar 650 juta tahun yang lalu, konsentrasi oksigen di atmosfer seharusnya jauh lebih tinggi. Bagaimanapun, Metazoa menggunakan respirasi oksigen, dan untuk ini diperlukan bahwa tekanan parsial oksigen mencapai tingkat kritis - titik Pasteur. Dalam hal ini, proses fermentasi anaerobik digantikan oleh metabolisme oksigen yang lebih menjanjikan dan progresif.

Setelah itu, akumulasi oksigen lebih lanjut di atmosfer bumi terjadi agak cepat. Peningkatan progresif dalam volume ganggang biru-hijau berkontribusi pada pencapaian di atmosfer tingkat oksigen yang diperlukan untuk mendukung kehidupan dunia hewan. Stabilisasi tertentu kandungan oksigen di atmosfer telah terjadi sejak saat tanaman datang ke darat - sekitar 450 juta tahun yang lalu. Munculnya tumbuhan di darat, yang terjadi pada periode Silur, menyebabkan stabilisasi akhir tingkat oksigen di atmosfer. Sejak saat itu, konsentrasinya mulai berfluktuasi dalam batas yang agak sempit, tidak pernah melampaui keberadaan kehidupan. Konsentrasi oksigen di atmosfer telah sepenuhnya stabil sejak munculnya tanaman berbunga. Peristiwa ini terjadi pada pertengahan periode Cretaceous, yaitu sekitar 100 juta tahun yang lalu.

Massa utama nitrogen terbentuk pada tahap awal perkembangan Bumi, terutama karena penguraian amonia. Dengan munculnya organisme, proses pengikatan nitrogen atmosfer menjadi bahan organik dan menguburnya di sedimen laut dimulai. Setelah pelepasan organisme di darat, nitrogen mulai terkubur di sedimen benua. Proses pengolahan nitrogen bebas terutama diintensifkan dengan munculnya tanaman terestrial.

Pada pergantian Cryptozoic dan Fanerozoic, yaitu, sekitar 650 juta tahun yang lalu, kandungan karbon dioksida di atmosfer menurun hingga sepersepuluh persen, dan mencapai kandungan yang mendekati level saat ini hanya baru-baru ini, sekitar 10-20 juta. tahun lalu.

Dengan demikian, komposisi gas di atmosfer tidak hanya menyediakan ruang hidup bagi organisme, tetapi juga menentukan karakteristik aktivitas vital mereka, mendorong penyelesaian dan evolusi. Kegagalan yang dihasilkan dalam distribusi komposisi gas atmosfer yang menguntungkan bagi organisme, baik karena penyebab kosmik dan planet, menyebabkan kepunahan massal dunia organik, yang berulang kali terjadi selama Cryptozoic dan pada batas-batas tertentu dari sejarah Fanerozoic.

Fungsi etnosfer atmosfer

Atmosfer bumi menyediakan zat, energi, dan menentukan arah dan kecepatan proses metabolisme yang diperlukan. Komposisi gas atmosfer modern optimal untuk keberadaan dan perkembangan kehidupan. Sebagai daerah pembentukan cuaca dan iklim, atmosfer harus menciptakan kondisi yang nyaman bagi kehidupan manusia, hewan dan tumbuh-tumbuhan. Penyimpangan dalam satu arah atau lain dalam kualitas udara atmosfer dan kondisi cuaca menciptakan kondisi ekstrim bagi kehidupan dunia hewan dan tumbuhan, termasuk manusia.

Atmosfer bumi tidak hanya menyediakan kondisi bagi keberadaan umat manusia, menjadi faktor utama dalam evolusi etnosfer. Pada saat yang sama, ternyata menjadi sumber energi dan bahan baku untuk produksi. Secara umum, atmosfer merupakan faktor yang menjaga kesehatan manusia, dan beberapa daerah, karena kondisi fisik dan geografis dan kualitas udara atmosfer, berfungsi sebagai tempat rekreasi dan merupakan daerah yang dimaksudkan untuk perawatan sanatorium dan rekreasi bagi orang-orang. Dengan demikian, suasana merupakan faktor dampak estetis dan emosional.

Fungsi etnosfer dan teknosfer atmosfer, yang ditentukan baru-baru ini (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), memerlukan studi independen dan mendalam. Dengan demikian, studi tentang fungsi energi atmosfer sangat relevan baik dari sudut pandang terjadinya dan beroperasinya proses-proses yang merusak lingkungan, maupun dari sudut pandang dampaknya terhadap kesehatan dan kesejahteraan manusia. Dalam hal ini, kita berbicara tentang energi siklon dan antisiklon, pusaran atmosfer, tekanan atmosfer, dan fenomena atmosfer ekstrem lainnya, yang penggunaannya secara efektif akan berkontribusi pada solusi yang berhasil dari masalah memperoleh sumber energi alternatif yang tidak mencemari lingkungan. lingkungan. Bagaimanapun, lingkungan udara, terutama bagiannya yang terletak di atas Samudra Dunia, merupakan area pelepasan energi bebas dalam jumlah besar.

Sebagai contoh, telah ditetapkan bahwa siklon tropis dengan kekuatan rata-rata melepaskan energi yang setara dengan energi 500.000 bom atom yang dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki hanya dalam sehari. Selama 10 hari adanya topan semacam itu, cukup energi yang dikeluarkan untuk memenuhi semua kebutuhan energi negara seperti Amerika Serikat selama 600 tahun.

Dalam beberapa tahun terakhir, sejumlah besar karya para ilmuwan alam telah diterbitkan, dalam satu atau lain cara mengenai berbagai aspek aktivitas dan pengaruh atmosfer pada proses bumi, yang menunjukkan intensifikasi interaksi interdisipliner dalam ilmu alam modern. Pada saat yang sama, peran integrasi dari arah tertentu dimanifestasikan, di antaranya perlu dicatat arah fungsional-ekologis dalam geoekologi.

Arah ini merangsang analisis dan generalisasi teoretis dari fungsi ekologis dan peran planet dari berbagai geosfer, dan ini, pada gilirannya, merupakan prasyarat penting untuk pengembangan metodologi dan landasan ilmiah untuk studi holistik planet kita, penggunaan rasional dan perlindungan sumber daya alamnya.

Atmosfer bumi terdiri dari beberapa lapisan: troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfer, ionosfer, dan eksosfer. Di bagian atas troposfer dan bagian bawah stratosfer terdapat lapisan yang diperkaya dengan ozon, yang disebut lapisan ozon. Keteraturan tertentu (harian, musiman, tahunan, dll.) dalam distribusi ozon telah ditetapkan. Sejak awal, atmosfer telah mempengaruhi jalannya proses planet. Komposisi utama atmosfer benar-benar berbeda dari saat ini, tetapi seiring waktu proporsi dan peran nitrogen molekuler terus meningkat, sekitar 650 juta tahun yang lalu oksigen bebas muncul, jumlah yang terus meningkat, tetapi konsentrasi karbon dioksida menurun. . Mobilitas atmosfer yang tinggi, komposisi gasnya, dan keberadaan aerosol menentukan peran luar biasa dan partisipasi aktifnya dalam berbagai proses geologis dan biosfer. Peran atmosfer dalam redistribusi energi matahari dan perkembangan fenomena alam dan bencana sangat besar. Angin puyuh atmosfer - tornado (tornado), angin topan, topan, siklon, dan fenomena lainnya memiliki dampak negatif pada dunia organik dan sistem alam. Sumber utama pencemaran, bersama dengan faktor alam, adalah berbagai bentuk kegiatan ekonomi manusia. Dampak antropogenik pada atmosfer diekspresikan tidak hanya dalam munculnya berbagai aerosol dan gas rumah kaca, tetapi juga dalam peningkatan jumlah uap air, dan memanifestasikan dirinya dalam bentuk kabut asap dan hujan asam. Gas rumah kaca mengubah rezim suhu permukaan bumi, emisi gas tertentu mengurangi volume layar ozon dan berkontribusi pada pembentukan lubang ozon. Peran etnosfer atmosfer bumi sangat besar.

Peran atmosfer dalam proses alam

Atmosfer permukaan dalam keadaan peralihan antara litosfer dan luar angkasa serta komposisi gasnya menciptakan kondisi bagi kehidupan organisme. Pada saat yang sama, pelapukan dan intensitas penghancuran batuan, transfer dan akumulasi bahan detrital tergantung pada jumlah, sifat dan frekuensi presipitasi, pada frekuensi dan kekuatan angin, dan terutama pada suhu udara. Atmosfer adalah komponen utama dari sistem iklim. Suhu dan kelembaban udara, kekeruhan dan curah hujan, angin - semua ini mencirikan cuaca, yaitu keadaan atmosfer yang terus berubah. Pada saat yang sama, komponen yang sama ini juga mencirikan iklim, yaitu, rezim cuaca jangka panjang rata-rata.

Komposisi gas, keberadaan awan dan berbagai kotoran, yang disebut partikel aerosol (abu, debu, partikel uap air), menentukan karakteristik perjalanan radiasi matahari melalui atmosfer dan mencegah keluarnya radiasi termal bumi. ke luar angkasa.

Atmosfer bumi sangat mobile. Proses yang terjadi di dalamnya dan perubahan komposisi gas, ketebalan, kekeruhan, transparansi, dan keberadaan berbagai partikel aerosol di dalamnya memengaruhi cuaca dan iklim.

Tindakan dan arah proses alam, serta kehidupan dan aktivitas di Bumi, ditentukan oleh radiasi matahari. Ini memberikan 99,98% panas yang datang ke permukaan bumi. Setiap tahun menghasilkan 134*10 19 kkal. Jumlah panas ini dapat diperoleh dengan membakar 200 miliar ton batu bara. Cadangan hidrogen, yang menciptakan aliran energi termonuklir ini dalam massa Matahari, akan cukup untuk setidaknya 10 miliar tahun lagi, yaitu, untuk periode dua kali selama planet kita ada.

Sekitar 1/3 dari jumlah total energi matahari yang memasuki batas atas atmosfer dipantulkan kembali ke ruang angkasa, 13% diserap oleh lapisan ozon (termasuk hampir semua radiasi ultraviolet). 7% - sisa atmosfer dan hanya 44% yang mencapai permukaan bumi. Total radiasi matahari yang mencapai Bumi dalam sehari sama dengan energi yang diterima umat manusia sebagai akibat dari pembakaran semua jenis bahan bakar selama milenium terakhir.

Jumlah dan sifat distribusi radiasi matahari di permukaan bumi sangat bergantung pada kekeruhan dan transparansi atmosfer. Jumlah radiasi yang tersebar dipengaruhi oleh ketinggian Matahari di atas cakrawala, transparansi atmosfer, kandungan uap air, debu, jumlah total karbon dioksida, dll.

Jumlah maksimum radiasi yang tersebar jatuh ke daerah kutub. Semakin rendah Matahari di atas cakrawala, semakin sedikit panas yang memasuki area tertentu.

Transparansi atmosfer dan kekeruhan sangat penting. Pada hari musim panas yang berawan, biasanya lebih dingin daripada hari yang cerah, karena awan di siang hari mencegah permukaan bumi dari pemanasan.

Kandungan debu di atmosfer memainkan peran penting dalam distribusi panas. Partikel padat debu dan abu yang tersebar halus di dalamnya, yang memengaruhi transparansi, berdampak buruk pada distribusi radiasi matahari, yang sebagian besar dipantulkan. Partikel halus memasuki atmosfer dengan dua cara: mereka adalah abu yang dipancarkan selama letusan gunung berapi, atau debu gurun yang dibawa oleh angin dari daerah tropis dan subtropis yang gersang. Terutama banyak debu seperti itu terbentuk selama kekeringan, ketika dibawa ke lapisan atas atmosfer oleh aliran udara hangat dan dapat tinggal di sana untuk waktu yang lama. Setelah letusan gunung Krakatau pada tahun 1883, debu yang terlempar puluhan kilometer ke atmosfer tetap berada di stratosfer selama sekitar 3 tahun. Sebagai hasil dari letusan tahun 1985 gunung berapi El Chichon (Meksiko), debu mencapai Eropa, dan oleh karena itu ada sedikit penurunan suhu permukaan.

Atmosfer bumi mengandung sejumlah uap air yang bervariasi. Secara absolut, berdasarkan berat atau volume, jumlahnya berkisar antara 2 hingga 5%.

Uap air, seperti karbon dioksida, meningkatkan efek rumah kaca. Di awan dan kabut yang muncul di atmosfer, proses fisikokimia yang aneh terjadi.

Sumber utama uap air di atmosfer adalah permukaan lautan. Lapisan air setebal 95 sampai 110 cm setiap tahun menguap darinya.Sebagian dari kelembaban kembali ke laut setelah kondensasi, dan yang lainnya diarahkan ke benua oleh arus udara. Di daerah dengan iklim lembab variabel, curah hujan membasahi tanah, dan di daerah lembab menciptakan cadangan air tanah. Dengan demikian, atmosfer adalah akumulator kelembaban dan reservoir curah hujan. dan kabut yang terbentuk di atmosfer memberikan kelembapan pada penutup tanah dan dengan demikian memainkan peran yang menentukan dalam perkembangan dunia hewan dan tumbuhan.

Kelembaban atmosfer didistribusikan di atas permukaan bumi karena mobilitas atmosfer. Ini memiliki sistem angin dan distribusi tekanan yang sangat kompleks. Karena kenyataan bahwa atmosfer bergerak terus-menerus, sifat dan tingkat distribusi aliran dan tekanan angin terus berubah. Skala sirkulasi bervariasi dari mikrometeorologis, dengan ukuran hanya beberapa ratus meter, hingga skala global, dengan ukuran beberapa puluh ribu kilometer. Pusaran atmosfer besar terlibat dalam penciptaan sistem arus udara skala besar dan menentukan sirkulasi umum atmosfer. Selain itu, mereka adalah sumber fenomena atmosfer bencana.

Distribusi kondisi cuaca dan iklim serta fungsi makhluk hidup bergantung pada tekanan atmosfer. Jika tekanan atmosfer berfluktuasi dalam batas-batas kecil, itu tidak memainkan peran yang menentukan dalam kesejahteraan manusia dan perilaku hewan dan tidak mempengaruhi fungsi fisiologis tanaman. Sebagai aturan, fenomena frontal dan perubahan cuaca dikaitkan dengan perubahan tekanan.

Tekanan atmosfer sangat penting untuk pembentukan angin, yang sebagai faktor pembentuk relief, memiliki efek terkuat pada flora dan fauna.

Angin mampu menekan pertumbuhan tanaman dan pada saat yang sama mendorong perpindahan benih. Peran angin dalam pembentukan cuaca dan kondisi iklim sangat besar. Ia juga berperan sebagai pengatur arus laut. Angin sebagai salah satu faktor eksogen berkontribusi terhadap erosi dan deflasi material pelapukan jarak jauh.

Peran ekologis dan geologis dari proses atmosfer

Penurunan transparansi atmosfer akibat munculnya partikel aerosol dan debu padat di dalamnya mempengaruhi distribusi radiasi matahari, meningkatkan albedo atau reflektifitas. Berbagai reaksi kimia menyebabkan hasil yang sama, menyebabkan dekomposisi ozon dan pembentukan awan "mutiara", yang terdiri dari uap air. Perubahan reflektifitas global, serta perubahan komposisi gas di atmosfer, terutama gas rumah kaca, adalah penyebab perubahan iklim.

Pemanasan yang tidak merata, yang menyebabkan perbedaan tekanan atmosfer di berbagai bagian permukaan bumi, menyebabkan sirkulasi atmosfer, yang merupakan ciri khas troposfer. Ketika ada perbedaan tekanan, udara mengalir dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah. Pergerakan massa udara ini, bersama dengan kelembaban dan suhu, menentukan fitur ekologis dan geologis utama dari proses atmosfer.

Tergantung pada kecepatannya, angin menghasilkan berbagai pekerjaan geologis di permukaan bumi. Dengan kecepatan 10 m/s, ia menggoyahkan dahan-dahan pohon yang lebat, mengangkat dan membawa debu dan pasir halus; mematahkan dahan pohon dengan kecepatan 20 m/s, membawa pasir dan kerikil; dengan kecepatan 30 m/s (badai) merobek atap rumah, menumbangkan pohon, mematahkan tiang, memindahkan kerikil dan membawa kerikil kecil, dan badai dengan kecepatan 40 m/s menghancurkan rumah, mematahkan dan menghancurkan tiang-tiang kabel listrik, menumbangkan pohon-pohon besar.

Badai badai dan tornado (tornado) memiliki dampak lingkungan negatif yang besar dengan konsekuensi bencana - pusaran atmosfer yang terjadi di musim hangat di front atmosfer yang kuat dengan kecepatan hingga 100 m/s. Badai adalah angin puyuh horizontal dengan kecepatan angin topan (hingga 60-80 m/s). Mereka sering disertai dengan hujan lebat dan badai petir yang berlangsung dari beberapa menit hingga setengah jam. Badai itu meliputi wilayah hingga lebar 50 km dan menempuh jarak 200-250 km. Badai hebat di Moskow dan wilayah Moskow pada tahun 1998 merusak atap banyak rumah dan merobohkan pohon.

Tornado, yang disebut tornado di Amerika Utara, adalah pusaran atmosfer berbentuk corong yang kuat yang sering dikaitkan dengan awan petir. Ini adalah kolom penyempitan udara di tengah dengan diameter beberapa puluh hingga ratusan meter. Tornado memiliki penampilan corong, sangat mirip dengan belalai gajah, turun dari awan atau naik dari permukaan bumi. Memiliki penghalusan yang kuat dan kecepatan putaran yang tinggi, tornado bergerak hingga beberapa ratus kilometer, menyedot debu, air dari reservoir, dan berbagai objek. Tornado yang kuat disertai dengan badai petir, hujan dan memiliki daya rusak yang besar.

Tornado jarang terjadi di daerah subkutub atau khatulistiwa, yang selalu dingin atau panas. Beberapa tornado di laut terbuka. Tornado terjadi di Eropa, Jepang, Australia, Amerika Serikat, dan di Rusia mereka sangat sering terjadi di wilayah Central Black Earth, di wilayah Moskow, Yaroslavl, Nizhny Novgorod dan Ivanovo.

Tornado mengangkat dan memindahkan mobil, rumah, gerobak, jembatan. Tornado yang sangat merusak (tornado) diamati di Amerika Serikat. Dari 450 hingga 1500 tornado tercatat setiap tahun, dengan rata-rata sekitar 100 korban. Tornado adalah proses atmosfer bencana yang bekerja cepat. Mereka terbentuk hanya dalam 20-30 menit, dan waktu keberadaan mereka adalah 30 menit. Oleh karena itu, hampir tidak mungkin untuk memprediksi waktu dan tempat terjadinya tornado.

Pusaran atmosfer destruktif lainnya, tetapi jangka panjang adalah siklon. Mereka terbentuk karena penurunan tekanan, yang, dalam kondisi tertentu, berkontribusi pada terjadinya gerakan melingkar arus udara. Vortisitas atmosfer berasal dari arus naik yang kuat dari udara hangat lembab dan berputar dengan kecepatan tinggi searah jarum jam di belahan bumi selatan dan berlawanan arah jarum jam di belahan bumi utara. Siklon, tidak seperti tornado, berasal dari lautan dan menghasilkan tindakan destruktifnya di atas benua. Faktor destruktif utama adalah angin kencang, curah hujan yang tinggi dalam bentuk hujan salju, hujan deras, hujan es, dan banjir bandang. Angin dengan kecepatan 19 - 30 m / s membentuk badai, 30 - 35 m / s - badai, dan lebih dari 35 m / s - badai.

Siklon tropis - badai dan topan - memiliki lebar rata-rata beberapa ratus kilometer. Kecepatan angin di dalam siklon mencapai kekuatan badai. Siklon tropis berlangsung dari beberapa hari hingga beberapa minggu, bergerak dengan kecepatan 50 hingga 200 km/jam. Siklon lintang tengah memiliki diameter yang lebih besar. Dimensi melintang mereka berkisar dari seribu hingga beberapa ribu kilometer, kecepatan angin badai. Mereka bergerak di belahan bumi utara dari barat dan disertai dengan hujan es dan salju, yang merupakan bencana besar. Topan dan badai serta topan yang terkait adalah bencana alam terbesar setelah banjir dalam hal jumlah korban dan kerusakan yang ditimbulkan. Di daerah padat penduduk di Asia, jumlah korban selama badai diukur dalam ribuan. Pada tahun 1991, di Bangladesh, selama badai yang menyebabkan pembentukan gelombang laut setinggi 6 m, 125 ribu orang meninggal. Topan menyebabkan kerusakan besar di Amerika Serikat. Akibatnya, puluhan dan ratusan orang meninggal. Di Eropa Barat, badai menyebabkan lebih sedikit kerusakan.

Badai petir dianggap sebagai fenomena atmosfer yang membawa bencana. Mereka terjadi ketika hangat, udara lembab naik sangat cepat. Di perbatasan zona tropis dan subtropis, badai petir terjadi selama 90-100 hari setahun, di zona sedang selama 10-30 hari. Di negara kita, jumlah badai petir terbesar terjadi di Kaukasus Utara.

Badai petir biasanya berlangsung kurang dari satu jam. Hujan deras, badai es, sambaran petir, hembusan angin, dan arus udara vertikal menimbulkan bahaya tertentu. Bahaya hujan es ditentukan oleh ukuran batu es. Di Kaukasus Utara, massa batu es pernah mencapai 0,5 kg, dan di India, hujan es dengan berat 7 kg tercatat. Daerah paling berbahaya di negara kita terletak di Kaukasus Utara. Pada Juli 1992, hujan es merusak 18 pesawat di bandara Mineralnye Vody.

Petir adalah fenomena cuaca yang berbahaya. Mereka membunuh orang, ternak, menyebabkan kebakaran, merusak jaringan listrik. Sekitar 10.000 orang meninggal setiap tahun akibat badai petir dan akibatnya di seluruh dunia. Apalagi di beberapa bagian Afrika, di Perancis dan Amerika Serikat, jumlah korban sambaran petir lebih banyak dibandingkan fenomena alam lainnya. Kerusakan ekonomi tahunan dari badai petir di Amerika Serikat setidaknya $700 juta.

Kekeringan khas untuk daerah gurun, stepa dan hutan-stepa. Kurangnya curah hujan menyebabkan mengeringnya tanah, menurunkan tingkat air tanah dan di waduk sampai benar-benar kering. Kekurangan kelembaban menyebabkan kematian vegetasi dan tanaman. Kekeringan sangat parah di Afrika, Timur Dekat dan Timur Tengah, Asia Tengah, dan Amerika Utara bagian selatan.

Kekeringan mengubah kondisi kehidupan manusia, berdampak buruk pada lingkungan alam melalui proses seperti salinisasi tanah, angin kering, badai debu, erosi tanah dan kebakaran hutan. Kebakaran sangat kuat selama kekeringan di daerah taiga, hutan tropis dan subtropis dan sabana.

Kekeringan adalah proses jangka pendek yang berlangsung selama satu musim. Ketika kekeringan berlangsung lebih dari dua musim, ada ancaman kelaparan dan kematian massal. Biasanya, efek kekeringan meluas ke wilayah satu atau lebih negara. Terutama sering kekeringan berkepanjangan dengan konsekuensi tragis terjadi di wilayah Sahel Afrika.

Fenomena atmosfer seperti hujan salju, hujan lebat yang terputus-putus dan hujan yang berkepanjangan menyebabkan kerusakan besar. Hujan salju menyebabkan longsoran besar di pegunungan, dan pencairan salju yang cepat dan hujan lebat yang berkepanjangan menyebabkan banjir. Sejumlah besar air yang jatuh ke permukaan bumi, terutama di daerah tanpa pohon, menyebabkan erosi penutup tanah yang parah. Ada pertumbuhan intensif sistem balok-jurang. Banjir terjadi sebagai akibat dari banjir besar selama periode hujan lebat atau banjir setelah pemanasan tiba-tiba atau pencairan salju musim semi dan, oleh karena itu, merupakan fenomena atmosfer asalnya (mereka dibahas dalam bab tentang peran ekologis hidrosfer).

Perubahan antropogenik di atmosfer

Saat ini, ada banyak sumber alam antropogenik yang berbeda yang menyebabkan polusi atmosfer dan menyebabkan pelanggaran serius terhadap keseimbangan ekologis. Dalam hal skala, dua sumber memiliki dampak terbesar pada atmosfer: transportasi dan industri. Rata-rata, transportasi menyumbang sekitar 60% dari jumlah total polusi atmosfer, industri - 15%, energi panas - 15%, teknologi untuk penghancuran limbah rumah tangga dan industri - 10%.

Transportasi, tergantung pada bahan bakar yang digunakan dan jenis zat pengoksidasi, memancarkan ke atmosfer nitrogen oksida, belerang, oksida dan dioksida karbon, timbal dan senyawanya, jelaga, benzopiren (zat dari kelompok hidrokarbon aromatik polisiklik, yang merupakan karsinogen kuat yang menyebabkan kanker kulit).

Industri mengeluarkan sulfur dioksida, karbon oksida dan dioksida, hidrokarbon, amonia, hidrogen sulfida, asam sulfat, fenol, klorin, fluor, dan senyawa serta bahan kimia lainnya ke atmosfer. Namun posisi dominan di antara emisi (hingga 85%) ditempati oleh debu.

Sebagai akibat dari polusi, transparansi atmosfer berubah, aerosol, kabut asap, dan hujan asam muncul di dalamnya.

Aerosol adalah sistem terdispersi yang terdiri dari partikel padat atau tetesan cairan yang tersuspensi dalam media gas. Ukuran partikel fase terdispersi biasanya 10 -3 -10 -7 cm Tergantung pada komposisi fase terdispersi, aerosol dibagi menjadi dua kelompok. Salah satunya termasuk aerosol yang terdiri dari partikel padat yang terdispersi dalam media gas, yang kedua - aerosol, yang merupakan campuran fase gas dan cair. Yang pertama disebut asap, dan yang kedua - kabut. Pusat kondensasi memainkan peran penting dalam proses pembentukannya. Abu vulkanik, debu kosmik, produk emisi industri, berbagai bakteri, dll bertindak sebagai inti kondensasi.Jumlah kemungkinan sumber inti konsentrasi terus bertambah. Jadi, misalnya, ketika rumput kering dihancurkan oleh api di area seluas 4000 m 2, rata-rata 11 * 10 22 inti aerosol terbentuk.

Aerosol mulai terbentuk sejak kemunculan planet kita dan memengaruhi kondisi alam. Namun, jumlah dan tindakan mereka, yang seimbang dengan sirkulasi umum zat di alam, tidak menyebabkan perubahan ekologis yang mendalam. Faktor-faktor antropogenik dari pembentukan mereka menggeser keseimbangan ini ke arah kelebihan beban biosfer yang signifikan. Fitur ini sangat menonjol sejak umat manusia mulai menggunakan aerosol yang dibuat khusus baik dalam bentuk zat beracun maupun untuk perlindungan tanaman.

Yang paling berbahaya untuk tutupan vegetasi adalah aerosol sulfur dioksida, hidrogen fluorida dan nitrogen. Ketika bersentuhan dengan permukaan daun yang basah, mereka membentuk asam yang memiliki efek merugikan pada makhluk hidup. Kabut asam, bersama dengan udara yang dihirup, memasuki organ pernapasan hewan dan manusia, dan secara agresif mempengaruhi selaput lendir. Beberapa dari mereka menguraikan jaringan hidup, dan aerosol radioaktif menyebabkan kanker. Di antara isotop radioaktif, SG 90 sangat berbahaya tidak hanya karena karsinogenisitasnya, tetapi juga sebagai analog kalsium, menggantikannya di tulang organisme, menyebabkan dekomposisi.

Selama ledakan nuklir, awan aerosol radioaktif terbentuk di atmosfer. Partikel kecil dengan radius 1 - 10 mikron jatuh tidak hanya ke lapisan atas troposfer, tetapi juga ke stratosfer, di mana mereka dapat tinggal untuk waktu yang lama. Awan aerosol juga terbentuk selama pengoperasian reaktor pabrik industri yang menghasilkan bahan bakar nuklir, serta akibat kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir.

Kabut asap adalah campuran aerosol dengan fase terdispersi cair dan padat yang membentuk tirai berkabut di atas kawasan industri dan kota-kota besar.

Ada tiga jenis kabut: es, basah dan kering. Kabut es disebut Alaska. Ini adalah kombinasi polutan gas dengan penambahan partikel berdebu dan kristal es yang terjadi ketika tetesan kabut dan uap dari sistem pemanas membeku.

Asap basah, atau asap tipe London, kadang-kadang disebut kabut musim dingin. Ini adalah campuran polutan gas (terutama belerang dioksida), partikel debu dan tetesan kabut. Prasyarat meteorologi untuk munculnya kabut musim dingin adalah cuaca yang tenang, di mana lapisan udara hangat terletak di atas lapisan permukaan udara dingin (di bawah 700 m). Pada saat yang sama, tidak hanya pertukaran horizontal, tetapi juga vertikal. Polutan yang biasanya tersebar di lapisan tinggi, dalam hal ini menumpuk di lapisan permukaan.

Kabut asap kering terjadi selama musim panas dan sering disebut sebagai kabut tipe LA. Ini adalah campuran ozon, karbon monoksida, nitrogen oksida dan uap asam. Kabut asap semacam itu terbentuk sebagai hasil penguraian polutan oleh radiasi matahari, terutama bagian ultravioletnya. Prasyarat meteorologi adalah inversi atmosfer, yang diekspresikan dalam penampilan lapisan udara dingin di atas yang hangat. Gas dan partikel padat yang biasanya terangkat oleh arus udara hangat kemudian tersebar di lapisan dingin atas, tetapi dalam kasus ini mereka menumpuk di lapisan inversi. Dalam proses fotolisis, nitrogen dioksida yang terbentuk selama pembakaran bahan bakar di mesin mobil terurai:

TIDAK 2 → TIDAK + O

Kemudian sintesis ozon terjadi:

O + O 2 + M → O 3 + M

TIDAK + O → TIDAK 2

Proses photodissociation disertai dengan cahaya kuning-hijau.

Selain itu, reaksi terjadi menurut jenisnya: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, yaitu terbentuk asam sulfat kuat.

Dengan perubahan kondisi meteorologi (munculnya angin atau perubahan kelembaban), udara dingin menghilang dan kabut asap menghilang.

Kehadiran karsinogen dalam kabut asap menyebabkan kegagalan pernapasan, iritasi selaput lendir, gangguan peredaran darah, sesak napas asma, dan seringkali kematian. Kabut asap sangat berbahaya bagi anak kecil.

Hujan asam adalah presipitasi atmosfer yang diasamkan oleh emisi industri oksida sulfur, nitrogen oksida dan uap asam perklorat dan klorin yang terlarut di dalamnya. Dalam proses pembakaran batu bara dan gas, sebagian besar belerang di dalamnya, baik dalam bentuk oksida maupun dalam senyawa dengan besi, khususnya dalam pirit, pirhotit, kalkopirit, dll., berubah menjadi oksida belerang, yang bersama-sama dengan karbon dioksida, dilepaskan ke atmosfer. Ketika nitrogen atmosfer dan emisi teknis digabungkan dengan oksigen, berbagai nitrogen oksida terbentuk, dan volume nitrogen oksida yang terbentuk bergantung pada suhu pembakaran. Sebagian besar nitrogen oksida terjadi selama pengoperasian kendaraan dan lokomotif diesel, dan sebagian kecil terjadi di sektor energi dan perusahaan industri. Sulfur dan nitrogen oksida adalah pembentuk asam utama. Ketika bereaksi dengan oksigen atmosfer dan uap air di dalamnya, asam sulfat dan nitrat terbentuk.

Diketahui bahwa keseimbangan basa-asam media ditentukan oleh nilai pH. Lingkungan netral memiliki nilai pH 7, lingkungan asam memiliki nilai pH 0, dan lingkungan basa memiliki nilai pH 14. Di era modern, nilai pH air hujan adalah 5,6, meskipun di masa lalu netral. Penurunan nilai pH satu per satu sesuai dengan peningkatan keasaman sepuluh kali lipat dan, oleh karena itu, saat ini, hujan dengan peningkatan keasaman turun hampir di mana-mana. Keasaman maksimum hujan yang tercatat di Eropa Barat adalah 4-3,5 pH. Harus diperhitungkan bahwa nilai pH yang sama dengan 4-4,5 berakibat fatal bagi sebagian besar ikan.

Hujan asam memiliki efek agresif pada tutupan vegetasi bumi, pada bangunan industri dan perumahan dan berkontribusi pada percepatan yang signifikan dari pelapukan batuan yang terpapar. Peningkatan keasaman mencegah pengaturan sendiri dari netralisasi tanah di mana nutrisi terlarut. Pada gilirannya, ini menyebabkan penurunan tajam dalam hasil dan menyebabkan degradasi tutupan vegetasi. Keasaman tanah berkontribusi pada pelepasan berat, yang dalam keadaan terikat, yang secara bertahap diserap oleh tanaman, menyebabkan kerusakan jaringan yang serius di dalamnya dan menembus ke dalam rantai makanan manusia.

Perubahan potensi basa-asam perairan laut, terutama di perairan dangkal, menyebabkan terhentinya reproduksi banyak invertebrata, menyebabkan kematian ikan dan mengganggu keseimbangan ekologi di lautan.

Akibat hujan asam, hutan di Eropa Barat, Negara Baltik, Karelia, Ural, Siberia, dan Kanada berada di bawah ancaman kematian.