Mengubah permukaan bumi. Yang tidak kalah pentingnya adalah aktivitas angin, yang membawa pecahan kecil bebatuan dalam jarak yang jauh. Fluktuasi suhu dan faktor atmosfer lainnya secara signifikan mempengaruhi penghancuran batuan. Bersamaan dengan ini, A. melindungi permukaan bumi dari aksi destruktif meteorit yang jatuh, yang sebagian besar terbakar saat memasuki lapisan atmosfer yang padat.

Aktivitas organisme hidup, yang memiliki pengaruh kuat pada perkembangan A. itu sendiri, sebagian besar tergantung pada kondisi atmosfer. A. menunda sebagian besar radiasi ultraviolet matahari, yang memiliki efek merugikan pada banyak organisme. Oksigen atmosfer digunakan dalam proses respirasi oleh hewan dan tumbuhan, karbon dioksida atmosfer - dalam proses nutrisi tanaman. Faktor iklim, khususnya rezim termal dan rezim kelembaban, memengaruhi kondisi kesehatan dan aktivitas manusia. Pertanian sangat tergantung pada kondisi iklim. Pada gilirannya, aktivitas manusia memberikan pengaruh yang terus meningkat pada komposisi atmosfer dan rezim iklim.

Struktur atmosfer

Distribusi suhu vertikal di atmosfer dan terminologi terkait.

Banyak pengawasan menunjukkan bahwa And. telah secara akurat menyatakan struktur berlapis (lihat gbr.). Fitur utama dari struktur berlapis atmosfer ditentukan terutama oleh fitur distribusi suhu vertikal. Di bagian terendah A. - troposfer, di mana pencampuran turbulen yang intens diamati (lihat Turbulensi di atmosfer dan hidrosfer), suhu menurun dengan meningkatnya ketinggian, dan penurunan suhu rata-rata vertikal 6 ° per 1 km. Ketinggian troposfer bervariasi dari 8-10 km di garis lintang kutub hingga 16-18 km di dekat khatulistiwa. Karena kenyataan bahwa kepadatan udara berkurang dengan cepat dengan ketinggian, sekitar 80% dari total massa A terkonsentrasi di troposfer.Di atas troposfer ada lapisan transisi - tropopause dengan suhu 190-220, di atasnya stratosfer dimulai. Di bagian bawah stratosfer, penurunan suhu dengan ketinggian berhenti, dan suhu tetap kira-kira konstan hingga ketinggian 25 km - yang disebut. daerah isotermal(stratosfer bawah); suhu yang lebih tinggi mulai meningkat - wilayah inversi (stratosfer atas). Puncak suhu pada ~270 K pada tingkat stratopause, terletak di ketinggian sekitar 55 km. Lapisan A., terletak di ketinggian 55 hingga 80 km, di mana suhu kembali menurun dengan ketinggian, disebut mesosfer. Di atasnya adalah lapisan transisi - mesopause, di atasnya adalah termosfer, di mana suhu, meningkat dengan ketinggian, mencapai nilai yang sangat tinggi (lebih dari 1000 K). Bahkan lebih tinggi (pada ketinggian ~ 1.000 km atau lebih) adalah eksosfer, dari mana gas-gas atmosfer dihamburkan ke ruang dunia karena disipasi dan di mana transisi bertahap dari udara atmosfer ke ruang antarplanet terjadi. Biasanya semua lapisan atmosfer di atas troposfer disebut lapisan atas, meskipun terkadang stratosfer atau bagian bawahnya juga disebut sebagai lapisan atmosfer yang lebih rendah.

Semua parameter struktural atmosfer (suhu, tekanan, kepadatan) menunjukkan variabilitas spasial dan temporal yang signifikan (latitudinal, tahunan, musiman, harian, dll.). Oleh karena itu, data pada Gambar. hanya mencerminkan keadaan rata-rata atmosfer.

Skema struktur atmosfer:
1 - permukaan laut; 2 - titik tertinggi di Bumi - Gunung Chomolungma (Everest), 8848 m; 3 - awan kumulus cuaca baik; 4 - awan kumulus yang kuat; 5 - awan mandi (badai petir); 6 - awan nimbostratus; 7 - awan cirrus; 8 - pesawat terbang; 9 - lapisan konsentrasi ozon maksimum; 10 - awan mutiara; 11 - balon stratosfer; 12 - radiosonde; 1З - meteor; 14 - awan noctilucent; 15 - aurora; 16 - Pesawat roket X-15 Amerika; 17, 18, 19 - gelombang radio yang dipantulkan dari lapisan terionisasi dan kembali ke Bumi; 20 - gelombang suara yang dipantulkan dari lapisan hangat dan kembali ke Bumi; 21 - satelit Bumi buatan Soviet pertama; 22 - rudal balistik antarbenua; 23 - roket penelitian geofisika; 24 - satelit meteorologi; 25 - pesawat ruang angkasa "Soyuz-4" dan "Soyuz-5"; 26 - roket luar angkasa yang meninggalkan atmosfer, serta gelombang radio yang menembus lapisan terionisasi dan meninggalkan atmosfer; 27, 28 - disipasi (tergelincirnya) atom H dan He; 29 - lintasan proton matahari P; 30 - penetrasi sinar ultraviolet (panjang gelombang l> 2000 dan l< 900).

Struktur atmosfer yang berlapis memiliki banyak manifestasi beragam lainnya. Komposisi kimia atmosfer memiliki ketinggian yang heterogen. Jika pada ketinggian hingga 90 km, di mana terjadi pencampuran atmosfer yang intens, komposisi relatif dari komponen konstan atmosfer praktis tidak berubah (seluruh ketebalan atmosfer ini disebut homosfer), lalu di atas 90 km - in heterosfer- di bawah pengaruh disosiasi molekul gas atmosfer oleh radiasi ultraviolet matahari, perubahan kuat dalam komposisi kimia agen atmosfer terjadi dengan ketinggian. Ciri khas dari bagian A. ini adalah lapisan ozon dan pancaran atmosfernya sendiri. Struktur berlapis yang kompleks adalah karakteristik aerosol atmosfer—partikel padat yang berasal dari terestrial dan kosmik yang tersuspensi di udara. Lapisan aerosol yang paling umum berada di bawah tropopause dan pada ketinggian sekitar 20 km. Berlapis adalah distribusi vertikal elektron dan ion di atmosfer, yang dinyatakan dengan adanya lapisan D, E, dan F ionosfer.

Komposisi atmosfer

Salah satu komponen yang paling aktif secara optik adalah aerosol atmosfer - partikel yang tersuspensi di udara dengan ukuran mulai dari beberapa nm hingga beberapa puluh mikron, terbentuk selama kondensasi uap air dan memasuki atmosfer dari permukaan bumi sebagai akibat dari polusi industri, letusan gunung berapi, dan juga dari luar angkasa. Aerosol diamati baik di troposfer dan di lapisan atas A. Konsentrasi aerosol menurun dengan cepat dengan ketinggian, tetapi banyak maksima sekunder yang terkait dengan keberadaan lapisan aerosol ditumpangkan pada tren ini.

atmosfer atas

Di atas 20-30 km, molekul atom, sebagai akibat dari disosiasi, terurai sampai tingkat tertentu menjadi atom, dan atom bebas serta molekul baru yang lebih kompleks muncul dalam atom. Agak lebih tinggi, proses ionisasi menjadi signifikan.

Daerah yang paling tidak stabil adalah heterosfer, di mana proses ionisasi dan disosiasi menimbulkan banyak reaksi fotokimia yang menentukan perubahan komposisi udara dengan ketinggian. Pemisahan gravitasi gas juga terjadi di sini, yang dinyatakan dalam pengayaan atmosfer secara bertahap dengan gas yang lebih ringan seiring dengan meningkatnya ketinggian. Menurut pengukuran roket, pemisahan gravitasi gas netral - argon dan nitrogen - diamati di atas 105-110 km. Komponen utama A. dalam lapisan 100–210 km adalah nitrogen molekuler, oksigen molekuler, dan oksigen atom (konsentrasi yang terakhir pada level 210 km mencapai 77 ± 20% dari konsentrasi nitrogen molekuler).

Bagian atas termosfer terutama terdiri dari atom oksigen dan nitrogen. Pada ketinggian 500 km, oksigen molekuler praktis tidak ada, tetapi nitrogen molekuler, yang konsentrasi relatifnya sangat menurun, masih mendominasi nitrogen atom.

Di termosfer, peran penting dimainkan oleh gerakan pasang surut (lihat Pasang surut dan aliran), gelombang gravitasi, proses fotokimia, peningkatan jalur bebas rata-rata partikel, dan faktor lainnya. Hasil pengamatan deselerasi satelit pada ketinggian 200-700 km menghasilkan kesimpulan bahwa ada hubungan antara densitas, suhu dan aktivitas matahari, yang dikaitkan dengan adanya variasi parameter struktur harian, semesteran, dan tahunan. . Ada kemungkinan bahwa variasi diurnal sebagian besar disebabkan oleh pasang surut atmosfer. Selama periode semburan matahari, suhu pada ketinggian 200 km di lintang rendah dapat mencapai 1700-1900 °C.

Di atas 600 km, helium menjadi komponen dominan, dan bahkan lebih tinggi, pada ketinggian 2-20 ribu km, korona hidrogen Bumi meluas. Pada ketinggian ini, Bumi dikelilingi oleh cangkang partikel bermuatan, yang suhunya mencapai beberapa puluh ribu derajat. Berikut adalah sabuk radiasi dalam dan luar Bumi. Sabuk bagian dalam, yang sebagian besar diisi dengan proton dengan energi ratusan MeV, dibatasi oleh ketinggian 500-1600 km pada garis lintang dari khatulistiwa hingga 35-40 °. Sabuk terluar terdiri dari elektron dengan energi pada orde ratusan keV. Di belakang sabuk terluar, ada "sabuk terluar", di mana konsentrasi dan fluks elektron jauh lebih tinggi. Intrusi radiasi sel surya (angin matahari) ke lapisan atas aurora menimbulkan aurora. Di bawah pengaruh pemboman atmosfer bagian atas oleh elektron dan proton korona matahari, cahaya alami atmosfer juga tereksitasi, yang sebelumnya disebut cahaya langit malam. Ketika angin matahari berinteraksi dengan medan magnet bumi, sebuah zona dibuat, yang menerima nama itu. magnetosfer bumi, di mana aliran plasma matahari tidak menembus.

Lapisan atas A. dicirikan oleh adanya angin kencang yang kecepatannya mencapai 100-200 m/detik. Kecepatan dan arah angin di dalam troposfer, mesosfer, dan termosfer bawah memiliki variabilitas ruang-waktu yang besar. Meskipun massa lapisan atas atmosfer tidak signifikan dibandingkan dengan massa lapisan bawah, dan energi proses atmosfer di lapisan atas relatif kecil, tampaknya, ada beberapa pengaruh lapisan atmosfer yang lebih tinggi pada atmosfer. cuaca dan iklim di troposfer.

Radiasi, panas, dan keseimbangan air di atmosfer

Praktis satu-satunya sumber energi untuk semua proses fisik yang berkembang di Armenia adalah radiasi matahari. Fitur utama dari rezim radiasi A. - disebut. efek rumah kaca: A. lemah menyerap radiasi matahari gelombang pendek (sebagian besar mencapai permukaan bumi), tetapi menunda radiasi termal gelombang panjang (seluruhnya inframerah) dari permukaan bumi, yang secara signifikan mengurangi perpindahan panas bumi ke luar angkasa dan meningkatkan suhunya.

Radiasi matahari yang masuk ke A. sebagian diserap di A., terutama oleh uap air, karbon dioksida, ozon, dan aerosol, dan dihamburkan oleh partikel aerosol dan fluktuasi kerapatan A. Sebagai akibat dari hamburan radiasi energi Matahari, tidak hanya energi matahari langsung yang diamati di A., tetapi juga radiasi yang tersebar, bersama-sama mereka membentuk radiasi total. Mencapai permukaan bumi, radiasi total sebagian dipantulkan darinya. Jumlah radiasi yang dipantulkan ditentukan oleh reflektifitas permukaan di bawahnya, yang disebut. albedo. Akibat radiasi yang diserap, permukaan bumi menjadi panas dan menjadi sumber radiasi gelombang panjangnya sendiri yang diarahkan ke Bumi.Pada gilirannya, Bumi juga memancarkan radiasi gelombang panjang yang diarahkan ke permukaan bumi (disebut anti radiasi bumi) dan ke ruang dunia (yang disebut ruang). Pertukaran panas rasional antara permukaan bumi dan A. ditentukan oleh radiasi efektif - perbedaan antara radiasi permukaan bumi sendiri dan anti-radiasi A yang diserap olehnya. Perbedaan antara radiasi gelombang pendek yang diserap oleh permukaan bumi dan radiasi efektif adalah disebut keseimbangan radiasi.

Konversi energi radiasi matahari setelah diserap di permukaan bumi dan menjadi energi atmosfer merupakan keseimbangan panas bumi. Sumber utama panas untuk atmosfer adalah permukaan bumi, yang menyerap sebagian besar radiasi matahari. Karena penyerapan radiasi matahari di A. lebih kecil daripada kehilangan panas dari A. ke ruang dunia oleh radiasi gelombang panjang, konsumsi panas radiasi diisi ulang oleh masuknya panas ke A. dari permukaan bumi dalam bentuk perpindahan panas turbulen dan kedatangan panas sebagai akibat kondensasi uap air di A. Sejak akhir jumlah kondensasi di seluruh Afrika sama dengan jumlah curah hujan dan juga jumlah penguapan dari permukaan bumi; masuknya panas kondensasi ke Azerbaijan secara numerik sama dengan panas yang dihabiskan untuk penguapan di permukaan bumi (lihat juga Neraca air).

Sebagian energi radiasi matahari dihabiskan untuk mempertahankan sirkulasi umum atmosfer dan proses atmosfer lainnya, tetapi bagian ini tidak signifikan dibandingkan dengan komponen utama keseimbangan panas.

pergerakan udara

Karena mobilitas udara atmosfer yang tinggi, angin diamati di semua ketinggian langit. Pergerakan udara bergantung pada banyak faktor, yang utamanya adalah pemanasan udara yang tidak merata di berbagai wilayah di dunia.

Perbedaan suhu yang sangat besar di dekat permukaan bumi ada antara khatulistiwa dan kutub karena perbedaan kedatangan energi matahari pada garis lintang yang berbeda. Seiring dengan itu, distribusi suhu dipengaruhi oleh letak benua dan lautan. Karena kapasitas panas yang tinggi dan konduktivitas termal perairan laut, lautan secara signifikan mengurangi fluktuasi suhu yang terjadi sebagai akibat dari perubahan kedatangan radiasi matahari sepanjang tahun. Dalam hal ini, di lintang sedang dan tinggi, suhu udara di atas lautan di musim panas terasa lebih rendah daripada di atas benua, dan di musim dingin lebih tinggi.

Pemanasan atmosfer yang tidak merata berkontribusi pada pengembangan sistem arus udara skala besar - yang disebut. sirkulasi umum atmosfer, yang menciptakan transfer panas horizontal di udara, sebagai akibatnya perbedaan dalam pemanasan udara atmosfer di masing-masing wilayah secara nyata dihaluskan. Bersamaan dengan ini, sirkulasi umum melakukan siklus kelembaban di Afrika, di mana uap air dipindahkan dari lautan ke daratan dan benua dibasahi. Pergerakan udara dalam sistem sirkulasi umum terkait erat dengan distribusi tekanan atmosfer dan juga tergantung pada rotasi Bumi (lihat gaya Coriolis). Di permukaan laut, distribusi tekanan ditandai dengan penurunan di dekat khatulistiwa, peningkatan subtropis (zona tekanan tinggi), dan penurunan lintang sedang dan tinggi. Pada saat yang sama, di atas benua garis lintang ekstratropis, tekanan biasanya meningkat di musim dingin, dan menurun di musim panas.

Sistem arus udara yang kompleks dikaitkan dengan distribusi tekanan planet, beberapa di antaranya relatif stabil, sementara yang lain terus berubah dalam ruang dan waktu. Arus udara yang stabil termasuk angin pasat, yang diarahkan dari garis lintang subtropis kedua belahan bumi ke khatulistiwa. Musim juga relatif stabil - arus udara yang muncul antara laut dan daratan dan memiliki karakter musiman. Di lintang sedang, arus udara barat (dari barat ke timur) mendominasi. Arus ini termasuk pusaran besar - siklon dan antisiklon, biasanya memanjang hingga ratusan dan ribuan kilometer. Siklon juga diamati di garis lintang tropis, di mana mereka dibedakan oleh ukurannya yang lebih kecil, tetapi terutama kecepatan angin yang tinggi, seringkali mencapai kekuatan badai (yang disebut siklon tropis). Di troposfer atas dan stratosfer bawah, ada aliran jet yang relatif sempit (lebar ratusan kilometer) dengan batas yang jelas, di mana angin mencapai kecepatan luar biasa - hingga 100-150 m / s. Pengamatan menunjukkan bahwa fitur sirkulasi atmosfer di bagian bawah stratosfer ditentukan oleh proses di troposfer.

Di bagian atas stratosfer, di mana ada peningkatan suhu dengan ketinggian, kecepatan angin meningkat dengan ketinggian, dengan angin timur mendominasi di musim panas dan angin barat di musim dingin. Sirkulasi di sini ditentukan oleh sumber panas stratosfer, yang keberadaannya dikaitkan dengan penyerapan intensif radiasi matahari ultraviolet oleh ozon.

Di bagian bawah mesosfer di garis lintang sedang, kecepatan transportasi barat musim dingin meningkat ke nilai maksimum - sekitar 80 m/dtk, dan transportasi timur musim panas - hingga 60 m/dtk pada tingkat sekitar 70 km. Studi terbaru dengan jelas menunjukkan bahwa fitur medan suhu di mesosfer tidak dapat dijelaskan semata-mata oleh pengaruh faktor radiasi. Faktor dinamik adalah yang paling penting (khususnya, pemanasan atau pendinginan ketika udara diturunkan atau dinaikkan), dan sumber panas yang dihasilkan dari reaksi fotokimia (misalnya, rekombinasi oksigen atom) juga dimungkinkan.

Di atas lapisan dingin mesopause (di termosfer), suhu udara mulai meningkat pesat seiring ketinggian. Dalam banyak hal, wilayah Afrika ini mirip dengan bagian bawah stratosfer. Mungkin, sirkulasi di bagian bawah termosfer ditentukan oleh proses di mesosfer, sedangkan dinamika lapisan atas termosfer disebabkan oleh penyerapan radiasi matahari di sini. Namun, sulit untuk mempelajari gerakan atmosfer pada ketinggian ini karena kompleksitasnya yang cukup besar. Yang sangat penting di termosfer adalah gerakan pasang surut (terutama pasang surut semidiurnal dan diurnal matahari), di bawah pengaruhnya kecepatan angin pada ketinggian lebih dari 80 km dapat mencapai 100-120 m/dtk. Ciri khas pasang surut atmosfer adalah variabilitasnya yang kuat tergantung pada garis lintang, musim, ketinggian di atas permukaan laut, dan waktu. Di termosfer, ada juga perubahan signifikan dalam kecepatan angin dengan ketinggian (terutama di dekat level 100 km), yang disebabkan oleh pengaruh gelombang gravitasi. Terletak di kisaran ketinggian 100-110 km t. turbopause secara tajam memisahkan wilayah yang terletak di atas dari zona percampuran turbulen yang intens.

Seiring dengan arus udara skala besar, banyak sirkulasi udara lokal diamati di lapisan bawah atmosfer (angin, bora, angin lembah gunung, dll.; lihat Angin lokal). Di semua arus udara, denyut angin biasanya dicatat, sesuai dengan pergerakan pusaran udara ukuran sedang dan kecil. Pulsasi semacam itu dikaitkan dengan turbulensi atmosfer, yang secara signifikan memengaruhi banyak proses atmosfer.

Iklim dan cuaca

Perbedaan jumlah radiasi matahari yang mencapai garis lintang yang berbeda dari permukaan bumi, dan kompleksitas strukturnya, termasuk distribusi lautan, benua, dan sistem pegunungan utama, menentukan variasi iklim bumi (lihat Iklim).

literatur

• Meteorologi dan hidrologi selama 50 tahun kekuasaan Soviet, ed. Diedit oleh E. K. Fedorova. Leningrad, 1967.
• Khrgian A. Kh., Fisika Atmosfer, edisi ke-2, M., 1958;
• Zverev A. S., Meteorologi sinoptik dan dasar-dasar prakiraan cuaca, L., 1968;
• Khromov S.P., Meteorologi dan klimatologi untuk fakultas geografi, L., 1964;
• Tverskoy P. N., Kursus meteorologi, L., 1962;
• Matveev LT, Dasar-dasar meteorologi umum. Fisika atmosfer, L., 1965;
• Budyko M. I., Keseimbangan termal permukaan bumi, L., 1956;
• Kondratiev K. Ya., Aktinometri, L., 1965;
• Tails I. A., Lapisan atmosfer yang tinggi, L., 1964;
• Moroz V.I., Fisika planet, M., 1967;
• Tverskoy P. N., Listrik atmosfer, L., 1949;
• Shishkin N. S., Clouds, presipitasi dan listrik petir, M., 1964;
• Ozon di Atmosfer Bumi, ed. G.P. Gushchina, L., 1966;
• Imyanitov I. M., Chubarina E. V., Listrik atmosfer bebas, L., 1965.

M. I. Budyko, K. Ya. Kondratiev.

Artikel atau bagian ini menggunakan teks

Atmosfer bumi adalah selubung gas planet ini. Batas bawah atmosfer melewati dekat permukaan bumi (hidrosfer dan kerak bumi), dan batas atas adalah wilayah yang bersentuhan dengan luar angkasa (122 km). Atmosfer mengandung banyak elemen yang berbeda. Yang utama adalah: 78% nitrogen, 20% oksigen, 1% argon, karbon dioksida, neon galium, hidrogen, dll. Fakta menarik dapat dilihat di akhir artikel atau dengan mengklik.

Atmosfer memiliki lapisan udara yang berbeda. Lapisan udara berbeda dalam suhu, perbedaan gas dan kepadatannya dan. Perlu dicatat bahwa lapisan stratosfer dan troposfer melindungi bumi dari radiasi matahari. Di lapisan yang lebih tinggi, organisme hidup dapat menerima dosis mematikan dari spektrum ultraviolet matahari. Untuk melompat dengan cepat ke lapisan atmosfer yang diinginkan, klik pada lapisan yang sesuai:

Troposfer dan tropopause

Troposfer - suhu, tekanan, ketinggian

Batas atas dijaga sekitar 8 - 10 km kira-kira. Di lintang sedang 16 - 18 km, dan di kutub 10 - 12 km. Troposfer Ini adalah lapisan utama atmosfer yang lebih rendah. Lapisan ini mengandung lebih dari 80% dari total massa udara atmosfer dan hampir 90% dari total uap air. Di troposfer itulah konveksi dan turbulensi muncul, siklon terbentuk, dan terjadi. Suhu berkurang dengan ketinggian. Gradien: 0,65 °/100 m Tanah dan air yang dipanaskan memanaskan udara di sekelilingnya. Udara panas naik, mendingin dan membentuk awan. Suhu di batas atas lapisan bisa mencapai -50/70 °C.

Pada lapisan inilah terjadi perubahan kondisi cuaca iklim. Batas bawah troposfer disebut permukaan karena memiliki banyak mikroorganisme yang mudah menguap dan debu. Kecepatan angin meningkat dengan ketinggian di lapisan ini.

tropopause

Ini adalah lapisan transisi dari troposfer ke stratosfer. Di sini, ketergantungan penurunan suhu dengan peningkatan ketinggian berhenti. Tropopause adalah ketinggian minimum di mana gradien suhu vertikal turun menjadi 0,2 ° C/100 m. Ketinggian tropopause tergantung pada peristiwa iklim yang kuat seperti siklon. Ketinggian tropopause berkurang di atas siklon dan meningkat di atas antisiklon.

Stratosfer dan Stratopause

Ketinggian lapisan stratosfer kira-kira dari 11 hingga 50 km. Ada sedikit perubahan suhu pada ketinggian 11-25 km. Pada ketinggian 25–40 km, inversi suhu, dari 56,5 naik menjadi 0,8°C. Dari 40 km hingga 55 km suhu tetap sekitar 0 °C. Daerah ini disebut- stratopause.

Di Stratosfer, efek radiasi matahari pada molekul gas diamati, mereka berdisosiasi menjadi atom. Hampir tidak ada uap air di lapisan ini. Pesawat komersial supersonik modern terbang pada ketinggian hingga 20 km karena kondisi penerbangan yang stabil. Balon cuaca ketinggian tinggi naik ke ketinggian 40 km. Ada arus udara yang stabil di sini, kecepatannya mencapai 300 km/jam. Juga di lapisan ini terkonsentrasi ozon, lapisan yang menyerap sinar ultraviolet.

Mesosfer dan Mesopause - komposisi, reaksi, suhu

Lapisan mesosfer dimulai pada sekitar 50 km dan berakhir pada sekitar 80-90 km. Suhu menurun dengan ketinggian sekitar 0,25-0,3°C/100 m Pertukaran panas radiasi adalah efek energi utama di sini. Proses fotokimia kompleks yang melibatkan radikal bebas (memiliki 1 atau 2 elektron tidak berpasangan) karena mereka menerapkan binar suasana.

Hampir semua meteor terbakar di mesosfer. Para ilmuwan telah menamai daerah ini Pengabaian. Zona ini sulit untuk dijelajahi, karena penerbangan aerodinamis di sini sangat buruk karena kepadatan udara, yang 1000 kali lebih sedikit daripada di Bumi. Dan untuk peluncuran satelit buatan, kepadatannya masih sangat tinggi. Penelitian dilakukan dengan bantuan roket meteorologi, tetapi ini adalah penyimpangan. mesopause lapisan peralihan antara mesosfer dan termosfer. Memiliki suhu minimal -90°C.

Garis Karman

Garis saku disebut batas antara atmosfer bumi dan luar angkasa. Menurut Federasi Penerbangan Internasional (FAI), ketinggian perbatasan ini adalah 100 km. Definisi ini diberikan untuk menghormati ilmuwan Amerika Theodor von Karman. Dia menentukan bahwa pada ketinggian ini kepadatan atmosfer sangat rendah sehingga penerbangan aerodinamis menjadi tidak mungkin di sini, karena kecepatan pesawat harus lebih besar. kecepatan ruang pertama. Pada ketinggian seperti itu, konsep penghalang suara kehilangan maknanya. Di sini Anda dapat mengontrol pesawat hanya karena gaya reaktif.

Termosfer dan Termopause

Batas atas lapisan ini sekitar 800 km. Suhu naik hingga sekitar 300 km, di mana mencapai sekitar 1500 K. Di atas, suhu tetap tidak berubah. Di lapisan ini ada Lampu Kutub- terjadi sebagai akibat dari efek radiasi matahari di udara. Proses ini juga disebut ionisasi oksigen atmosfer.

Karena jarangnya udara, penerbangan di atas garis Karman hanya dimungkinkan di sepanjang lintasan balistik. Semua penerbangan orbit berawak (kecuali penerbangan ke Bulan) terjadi di lapisan atmosfer ini.

Eksosfer - Kepadatan, Suhu, Tinggi

Ketinggian eksosfer berada di atas 700 km. Di sini gas sangat dijernihkan, dan prosesnya berlangsung menghilangnya- kebocoran partikel ke ruang antarplanet. Kecepatan partikel tersebut bisa mencapai 11,2 km/detik. Pertumbuhan aktivitas matahari menyebabkan perluasan ketebalan lapisan ini.

• Cangkang gas tidak terbang ke luar angkasa karena gravitasi. Udara terdiri dari partikel-partikel yang memiliki massa sendiri. Dari hukum gravitasi, dapat disimpulkan bahwa setiap benda bermassa tertarik ke bumi.
• Hukum Buys-Balot menyatakan bahwa jika Anda berada di belahan bumi utara dan berdiri membelakangi angin, maka zona tekanan tinggi akan terletak di sebelah kanan, dan tekanan rendah di sebelah kiri. Di belahan bumi selatan, itu akan menjadi sebaliknya.

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. Itu tergantung pada perbedaan suhu antara daratan dan lautan, dan oleh karena itu di daerah yang terletak pada ketinggian yang sama di atas permukaan laut, seringkali ada tekanan yang berbeda. 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 geologi dan teoritis (prasyarat), atmosfer purba 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 akibat 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 ini mengharuskan 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.

Sebagian besar nitrogen terbentuk pada tahap awal perkembangan bumi, terutama karena dekomposisi 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 menjadi sepersepuluh persen, dan mencapai kandungan yang mendekati tingkat 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 tonggak 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 ilmuwan alam telah diterbitkan, sampai batas tertentu terkait dengan berbagai aspek aktivitas dan pengaruh atmosfer terhadap 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, perpindahan 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 partikel aerosol tertentu 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*1019 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 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 mendung 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 mempengaruhi transparansi, mempengaruhi 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 mampu bertahan 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, memutus dan menghancurkan kabel listrik tiang, 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 subpolar 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 intens 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 Prancis 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 turun dengan cepat dan hujan lebat yang berkepanjangan menyebabkan banjir. Sejumlah besar air yang jatuh di 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 belerang, oksida nitrogen 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 berada 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.

SUASANA BUMI(Uap atmosfer Yunani + bola sphaira) - cangkang gas yang mengelilingi Bumi. Massa atmosfer sekitar 5,15·10 15 Makna biologis atmosfer sangat besar. Di atmosfer, terjadi pertukaran massa-energi antara alam hidup dan mati, antara flora dan fauna. Nitrogen atmosfer diasimilasi oleh mikroorganisme; tanaman mensintesis zat organik dari karbon dioksida dan air karena energi matahari dan melepaskan oksigen. Kehadiran atmosfer memastikan pelestarian air di Bumi, yang juga merupakan kondisi penting bagi keberadaan organisme hidup.

Studi yang dilakukan dengan bantuan roket geofisika ketinggian tinggi, satelit bumi buatan dan stasiun otomatis antarplanet telah menetapkan bahwa atmosfer bumi meluas hingga ribuan kilometer. Batas-batas atmosfer tidak stabil, dipengaruhi oleh medan gravitasi bulan dan tekanan aliran sinar matahari. Di atas khatulistiwa di wilayah bayangan bumi, ketinggian atmosfer mencapai sekitar 10.000 km, dan di atas kutub, batas-batasnya berjarak 3.000 km dari permukaan bumi. Massa utama atmosfer (80-90%) berada pada ketinggian hingga 12-16 km, yang dijelaskan oleh sifat eksponensial (non-linier) dari penurunan densitas (penguraian) medium gasnya sebagai ketinggian. di atas permukaan laut meningkat.

Keberadaan sebagian besar organisme hidup dalam kondisi alami dimungkinkan dalam batas-batas atmosfer yang lebih sempit, hingga 7-8 km, di mana kombinasi faktor atmosfer seperti komposisi gas, suhu, tekanan, dan kelembaban, diperlukan untuk perjalanan aktif proses biologis, berlangsung. Pergerakan dan ionisasi udara, presipitasi atmosfer, dan keadaan listrik atmosfer juga penting secara higienis.

komposisi gas

Atmosfer adalah campuran fisik gas (Tabel 1), terutama nitrogen dan oksigen (78,08 dan 20,95 vol. %). Rasio gas atmosfer hampir sama hingga ketinggian 80-100 km. Keteguhan bagian utama komposisi gas di atmosfer disebabkan oleh keseimbangan relatif dari proses pertukaran gas antara alam hidup dan mati dan pencampuran massa udara yang terus menerus dalam arah horizontal dan vertikal.

Tabel 1. KARAKTERISTIK KOMPOSISI KIMIA UDARA ATMOSFER KERING DEKAT PERMUKAAN BUMI

komposisi gas	Konsentrasi volume, %
Oksigen
Karbon dioksida
Dinitrogen oksida
Sulfur dioksida	0 hingga 0,0001
	0 hingga 0,000007 di musim panas, 0 hingga 0,000002 di musim dingin
nitrogen dioksida	0 hingga 0,000002
Karbon monoksida

Pada ketinggian di atas 100 km, persentase gas individu berubah karena stratifikasi difusnya di bawah pengaruh gravitasi dan suhu. Selain itu, di bawah aksi bagian gelombang pendek ultraviolet dan sinar-X pada ketinggian 100 km atau lebih, molekul oksigen, nitrogen, dan karbon dioksida terdisosiasi menjadi atom. Pada ketinggian tinggi, gas-gas ini dalam bentuk atom yang sangat terionisasi.

Kandungan karbon dioksida di atmosfer berbagai wilayah di Bumi kurang konstan, yang sebagian disebabkan oleh distribusi yang tidak merata dari perusahaan industri besar yang mencemari udara, serta distribusi vegetasi dan cekungan air yang tidak merata yang menyerap karbon dioksida. di bumi. Juga variabel di atmosfer adalah kandungan aerosol (lihat) - partikel tersuspensi di udara mulai dari ukuran beberapa milimikron hingga beberapa puluh mikron - terbentuk sebagai akibat dari letusan gunung berapi, ledakan buatan yang kuat, polusi oleh perusahaan industri. Konsentrasi aerosol menurun dengan cepat dengan ketinggian.

Komponen variabel atmosfer yang paling tidak stabil dan penting adalah uap air, yang konsentrasinya di permukaan bumi dapat bervariasi dari 3% (di daerah tropis) hingga 2 × 10 -10% (di Antartika). Semakin tinggi suhu udara, semakin banyak uap air, ceteris paribus, dapat berada di atmosfer dan sebaliknya. Sebagian besar uap air terkonsentrasi di atmosfer hingga ketinggian 8-10 km. Kandungan uap air di atmosfer tergantung pada pengaruh gabungan dari proses penguapan, kondensasi dan transportasi horizontal. Pada ketinggian tinggi, karena penurunan suhu dan kondensasi uap, udara praktis kering.

Atmosfer bumi, selain oksigen molekuler dan atomik, mengandung sejumlah kecil ozon (lihat), yang konsentrasinya sangat bervariasi dan bervariasi tergantung pada ketinggian dan musim. Sebagian besar ozon terkandung di wilayah kutub pada akhir malam kutub pada ketinggian 15-30 km dengan penurunan tajam ke atas dan ke bawah. Ozon muncul sebagai akibat dari aksi fotokimia radiasi matahari ultraviolet pada oksigen, terutama pada ketinggian 20-50 km. Dalam hal ini, molekul oksigen diatomik sebagian terurai menjadi atom dan, bergabung dengan molekul yang tidak terurai, membentuk molekul ozon triatomik (polimer, bentuk oksigen alotropik).

Kehadiran sekelompok gas inert di atmosfer (helium, neon, argon, kripton, xenon) dikaitkan dengan aliran kontinu proses peluruhan radioaktif alami.

Signifikansi biologis dari gas atmosfer sangat besar. Untuk sebagian besar organisme multiseluler, kandungan oksigen molekuler tertentu dalam media gas atau air merupakan faktor yang sangat diperlukan dalam keberadaan mereka, yang selama respirasi menentukan pelepasan energi dari zat organik yang dibuat pada awalnya selama fotosintesis. Bukan kebetulan bahwa batas atas biosfer (bagian dari permukaan bumi dan bagian bawah atmosfer tempat kehidupan ada) ditentukan oleh keberadaan oksigen dalam jumlah yang cukup. Dalam proses evolusi, organisme telah beradaptasi dengan tingkat oksigen tertentu di atmosfer; mengubah kandungan oksigen ke arah penurunan atau peningkatan memiliki efek buruk (lihat Penyakit ketinggian, Hiperoksia, Hipoksia).

Bentuk ozon-alotropik oksigen juga memiliki efek biologis yang nyata. Pada konsentrasi tidak melebihi 0,0001 mg / l, yang khas untuk area resor dan pantai laut, ozon memiliki efek penyembuhan - merangsang pernapasan dan aktivitas kardiovaskular, meningkatkan kualitas tidur. Dengan peningkatan konsentrasi ozon, efek toksiknya dimanifestasikan: iritasi mata, peradangan nekrotik pada selaput lendir saluran pernapasan, eksaserbasi penyakit paru, neurosis otonom. Masuk ke dalam kombinasi dengan hemoglobin, ozon membentuk methemoglobin, yang mengarah pada pelanggaran fungsi pernapasan darah; transfer oksigen dari paru-paru ke jaringan menjadi sulit, fenomena mati lemas berkembang. Oksigen atom memiliki efek buruk yang serupa pada tubuh. Ozon memainkan peran penting dalam menciptakan rezim termal dari berbagai lapisan atmosfer karena penyerapan radiasi matahari dan radiasi terestrial yang sangat kuat. Ozon menyerap sinar ultraviolet dan inframerah paling intensif. Sinar matahari dengan panjang gelombang kurang dari 300 nm hampir seluruhnya diserap oleh ozon atmosfer. Jadi, Bumi dikelilingi oleh semacam "lapisan ozon" yang melindungi banyak organisme dari efek berbahaya radiasi ultraviolet dari matahari.Nitrogen di udara atmosfer sangat penting secara biologis, terutama sebagai sumber yang disebut. nitrogen tetap - sumber makanan tanaman (dan akhirnya hewan). Signifikansi fisiologis nitrogen ditentukan oleh partisipasinya dalam menciptakan tingkat tekanan atmosfer yang diperlukan untuk proses kehidupan. Dalam kondisi perubahan tekanan tertentu, nitrogen memainkan peran utama dalam perkembangan sejumlah gangguan dalam tubuh (lihat Penyakit dekompresi). Asumsi bahwa nitrogen melemahkan efek toksik oksigen pada tubuh dan diserap dari atmosfer tidak hanya oleh mikroorganisme, tetapi juga oleh hewan tingkat tinggi, masih kontroversial.

Gas-gas inert di atmosfer (xenon, kripton, argon, neon, helium) pada tekanan parsial yang mereka ciptakan dalam kondisi normal dapat diklasifikasikan sebagai gas yang acuh tak acuh secara biologis. Dengan peningkatan tekanan parsial yang signifikan, gas-gas ini memiliki efek narkotika.

Kehadiran karbon dioksida di atmosfer memastikan akumulasi energi matahari di biosfer karena fotosintesis senyawa karbon kompleks, yang terus-menerus muncul, berubah, dan terurai dalam perjalanan kehidupan. Sistem dinamis ini dipertahankan sebagai hasil dari aktivitas ganggang dan tanaman darat yang menangkap energi sinar matahari dan menggunakannya untuk mengubah karbon dioksida (lihat) dan air menjadi berbagai senyawa organik dengan pelepasan oksigen. Perluasan biosfer ke atas sebagian dibatasi oleh fakta bahwa pada ketinggian lebih dari 6-7 km, tanaman yang mengandung klorofil tidak dapat hidup karena tekanan parsial karbon dioksida yang rendah. Karbon dioksida juga sangat aktif dalam hal fisiologis, karena memainkan peran penting dalam pengaturan proses metabolisme, aktivitas sistem saraf pusat, pernapasan, sirkulasi darah, dan pengaturan oksigen tubuh. Namun, regulasi ini dimediasi oleh pengaruh karbon dioksida yang dihasilkan oleh tubuh itu sendiri, dan bukan dari atmosfer. Dalam jaringan dan darah hewan dan manusia, tekanan parsial karbon dioksida kira-kira 200 kali lebih tinggi daripada tekanannya di atmosfer. Dan hanya dengan peningkatan yang signifikan dalam kandungan karbon dioksida di atmosfer (lebih dari 0,6-1%), ada pelanggaran dalam tubuh, dilambangkan dengan istilah hiperkapnia (lihat). Penghapusan lengkap karbon dioksida dari udara yang dihirup tidak dapat secara langsung memiliki efek buruk pada organisme manusia dan hewan.

Karbon dioksida berperan dalam menyerap radiasi gelombang panjang dan mempertahankan "efek rumah kaca" yang menaikkan suhu di dekat permukaan bumi. Masalah efek pada suhu dan rezim lain dari atmosfer karbon dioksida, yang memasuki udara dalam jumlah besar sebagai produk limbah industri, juga sedang dipelajari.

Uap air atmosfer (kelembaban udara) juga mempengaruhi tubuh manusia, khususnya pertukaran panas dengan lingkungan.

Sebagai hasil dari kondensasi uap air di atmosfer, awan terbentuk dan curah hujan (hujan, hujan es, salju) turun. Uap air, hamburan radiasi matahari, berpartisipasi dalam penciptaan rezim termal Bumi dan lapisan atmosfer yang lebih rendah, dalam pembentukan kondisi meteorologi.

Tekanan atmosfer

Tekanan atmosfer (barometrik) adalah tekanan yang diberikan oleh atmosfer di bawah pengaruh gravitasi di permukaan bumi. Nilai tekanan ini pada setiap titik di atmosfer sama dengan berat kolom udara di atasnya dengan dasar satuan, memanjang di atas tempat pengukuran hingga batas atmosfer. Tekanan atmosfer diukur dengan barometer (lihat) dan dinyatakan dalam milibar, dalam newton per meter persegi atau ketinggian kolom air raksa di barometer dalam milimeter, dikurangi menjadi 0 ° dan nilai normal percepatan gravitasi. Di meja. 2 menunjukkan satuan tekanan atmosfer yang paling umum digunakan.

Perubahan tekanan terjadi karena pemanasan massa udara yang tidak merata yang terletak di atas tanah dan air pada garis lintang geografis yang berbeda. Saat suhu naik, kerapatan udara dan tekanan yang ditimbulkannya berkurang. Akumulasi besar udara yang bergerak cepat dengan tekanan yang berkurang (dengan penurunan tekanan dari pinggiran ke pusat pusaran) disebut siklon, dengan peningkatan tekanan (dengan peningkatan tekanan menuju pusat pusaran) - sebuah antisiklon. Untuk prakiraan cuaca, perubahan non-periodik dalam tekanan atmosfer adalah penting, yang terjadi dalam pergerakan massa yang sangat besar dan terkait dengan kemunculan, perkembangan, dan penghancuran antisiklon dan siklon. Terutama perubahan besar dalam tekanan atmosfer dikaitkan dengan pergerakan cepat siklon tropis. Pada saat yang sama, tekanan atmosfer dapat bervariasi 30-40 mbar per hari.

Penurunan tekanan atmosfer dalam milibar pada jarak 100 km disebut gradien barometrik horizontal. Biasanya, gradien barometrik horizontal adalah 1-3 mbar, tetapi dalam siklon tropis kadang-kadang naik hingga puluhan milibar per 100 km.

Saat ketinggian naik, tekanan atmosfer menurun dalam hubungan logaritmik: awalnya sangat tajam, dan kemudian semakin berkurang (Gbr. 1). Oleh karena itu, kurva tekanan barometrik adalah eksponensial.

Penurunan tekanan per satuan jarak vertikal disebut gradien barometrik vertikal. Seringkali mereka menggunakan kebalikannya - langkah barometrik.

Karena tekanan barometrik adalah jumlah dari tekanan parsial gas yang membentuk udara, jelaslah bahwa dengan naiknya ketinggian, bersama dengan penurunan tekanan total atmosfer, tekanan parsial gas yang membuat udara juga berkurang. Nilai tekanan parsial gas apa pun di atmosfer dihitung dengan rumus

di mana P x adalah tekanan parsial gas, P z adalah tekanan atmosfer pada ketinggian Z, X% adalah persentase gas yang tekanan parsialnya akan ditentukan.

Beras. 1. Perubahan tekanan barometrik tergantung pada ketinggian di atas permukaan laut.

Beras. 2. Perubahan tekanan parsial oksigen di udara alveolus dan saturasi darah arteri dengan oksigen tergantung pada perubahan ketinggian saat menghirup udara dan oksigen. Pernapasan oksigen dimulai dari ketinggian 8,5 km (percobaan di ruang bertekanan).

Beras. 3. Kurva komparatif dari nilai rata-rata kesadaran aktif seseorang dalam hitungan menit pada ketinggian yang berbeda setelah naik dengan cepat saat menghirup udara (I) dan oksigen (II). Pada ketinggian di atas 15 km, kesadaran aktif sama-sama terganggu saat menghirup oksigen dan udara. Pada ketinggian hingga 15 km, pernapasan oksigen secara signifikan memperpanjang periode kesadaran aktif (eksperimen di ruang bertekanan).

Karena komposisi persentase gas atmosfer relatif konstan, untuk menentukan tekanan parsial gas apa pun, hanya perlu mengetahui tekanan barometrik total pada ketinggian tertentu (Gbr. 1 dan Tabel 3).

Tabel 3. TABEL SUASANA STANDAR (GOST 4401-64) 1

Tinggi geometris (m)	Suhu		tekanan barometrik			Tekanan parsial oksigen (mmHg)
				mmHg Seni.

1 Diberikan dalam bentuk singkatan dan dilengkapi dengan kolom "Tekanan parsial oksigen".

Saat menentukan tekanan parsial gas di udara lembab, kurangi tekanan (elastisitas) uap jenuh dari tekanan barometrik.

Rumus untuk menentukan tekanan parsial gas di udara lembab akan sedikit berbeda dari untuk udara kering:

dimana pH 2 O adalah elastisitas uap air. Pada t° 37°, elastisitas uap air jenuh adalah 47 mm Hg. Seni. Nilai ini digunakan dalam menghitung tekanan parsial gas di udara alveolus di tanah dan kondisi ketinggian tinggi.

Efek tekanan darah tinggi dan rendah pada tubuh. Perubahan tekanan barometrik ke arah kenaikan atau penurunan memiliki berbagai efek pada tubuh hewan dan manusia. Pengaruh peningkatan tekanan dikaitkan dengan aksi fisik dan kimia mekanis dan penetrasi dari media gas (yang disebut efek kompresi dan penetrasi).

Efek kompresi dimanifestasikan oleh: kompresi volumetrik umum, karena peningkatan seragam dalam kekuatan tekanan mekanis pada organ dan jaringan; mechanonarcosis karena kompresi volumetrik yang seragam pada tekanan barometrik yang sangat tinggi; tekanan lokal yang tidak merata pada jaringan yang membatasi rongga yang mengandung gas ketika ada hubungan yang terputus antara udara luar dan udara di dalam rongga, misalnya, telinga tengah, rongga aksesori hidung (lihat Barotrauma); peningkatan densitas gas dalam sistem pernapasan eksternal, yang menyebabkan peningkatan resistensi terhadap gerakan pernapasan, terutama selama pernapasan paksa (olahraga, hiperkapnia).

Efek penetrasi dapat menyebabkan efek toksik oksigen dan gas acuh tak acuh, peningkatan kandungan yang dalam darah dan jaringan menyebabkan reaksi narkotik, tanda-tanda pertama luka saat menggunakan campuran nitrogen-oksigen pada manusia terjadi di a tekanan 4-8 atm. Peningkatan tekanan parsial oksigen pada awalnya mengurangi tingkat fungsi sistem kardiovaskular dan pernapasan karena penghentian efek regulasi hipoksemia fisiologis. Dengan peningkatan tekanan parsial oksigen di paru-paru lebih dari 0,8-1 ata, efek toksiknya dimanifestasikan (kerusakan jaringan paru-paru, kejang, kolaps).

Efek penetrasi dan kompresi dari peningkatan tekanan media gas digunakan dalam pengobatan klinis dalam pengobatan berbagai penyakit dengan gangguan suplai oksigen umum dan lokal (lihat Baroterapi, Terapi oksigen).

Menurunkan tekanan memiliki efek yang lebih nyata pada tubuh. Dalam kondisi atmosfer yang sangat jarang, faktor patogenetik utama yang menyebabkan hilangnya kesadaran dalam beberapa detik, dan kematian dalam 4-5 menit, adalah penurunan tekanan parsial oksigen di udara yang dihirup, dan kemudian di alveolus. udara, darah dan jaringan (Gbr. 2 dan 3). Hipoksia sedang menyebabkan perkembangan reaksi adaptif sistem pernapasan dan hemodinamik, yang bertujuan untuk mempertahankan suplai oksigen terutama ke organ vital (otak, jantung). Dengan kekurangan oksigen yang nyata, proses oksidatif terhambat (karena enzim pernapasan), dan proses aerobik produksi energi di mitokondria terganggu. Ini pertama-tama menyebabkan kerusakan fungsi organ vital, dan kemudian kerusakan struktural yang tidak dapat diubah dan kematian tubuh. Perkembangan reaksi adaptif dan patologis, perubahan keadaan fungsional tubuh dan kinerja manusia dengan penurunan tekanan atmosfer ditentukan oleh tingkat dan laju penurunan tekanan parsial oksigen di udara yang dihirup, durasi tinggal pada ketinggian, intensitas pekerjaan yang dilakukan, keadaan awal tubuh (lihat Penyakit ketinggian).

Penurunan tekanan pada ketinggian (bahkan dengan pengecualian kekurangan oksigen) menyebabkan gangguan serius pada tubuh, disatukan oleh konsep "gangguan dekompresi", yang meliputi: perut kembung di ketinggian, barotitis dan barosinusitis, penyakit dekompresi ketinggian dan emfisema jaringan dataran tinggi.

Perut kembung di ketinggian berkembang karena ekspansi gas di saluran pencernaan dengan penurunan tekanan barometrik pada dinding perut saat naik ke ketinggian 7-12 km atau lebih. Yang paling penting adalah pelepasan gas yang terlarut dalam isi usus.

Ekspansi gas menyebabkan peregangan lambung dan usus, mengangkat diafragma, mengubah posisi jantung, mengiritasi alat reseptor organ-organ ini dan menyebabkan refleks patologis yang mengganggu pernapasan dan sirkulasi darah. Seringkali ada rasa sakit yang tajam di perut. Fenomena serupa terkadang terjadi pada penyelam saat naik dari kedalaman ke permukaan.

Mekanisme perkembangan barotitis dan barosinusitis, dimanifestasikan oleh perasaan tersumbat dan nyeri, masing-masing, di telinga tengah atau rongga aksesori hidung, mirip dengan perkembangan perut kembung di ketinggian.

Penurunan tekanan, selain memperluas gas yang terkandung dalam rongga tubuh, juga menyebabkan pelepasan gas dari cairan dan jaringan di mana mereka dilarutkan di bawah tekanan di permukaan laut atau di kedalaman, dan pembentukan gelembung gas di dalam tubuh. .

Proses keluarnya gas terlarut ini (pertama-tama nitrogen) menyebabkan perkembangan penyakit dekompresi (lihat).

Beras. 4. Ketergantungan titik didih air pada ketinggian dan tekanan udara. Nomor tekanan terletak di bawah nomor ketinggian yang sesuai.

Dengan penurunan tekanan atmosfer, titik didih cairan menurun (Gbr. 4). Pada ketinggian lebih dari 19 km, di mana tekanan barometrik sama dengan (atau kurang dari) elastisitas uap jenuh pada suhu tubuh (37 °), "mendidih" cairan interstisial dan interseluler tubuh dapat terjadi, yang mengakibatkan di vena besar, di rongga pleura, perut, perikardium , di jaringan adiposa longgar, yaitu, di daerah dengan tekanan hidrostatik dan interstisial rendah, gelembung uap air terbentuk, emfisema jaringan ketinggian tinggi berkembang. Ketinggian "mendidih" tidak mempengaruhi struktur seluler, hanya terlokalisasi dalam cairan dan darah antar sel.

Gelembung uap besar-besaran dapat menghalangi kerja jantung dan sirkulasi darah serta mengganggu fungsi sistem dan organ vital. Ini adalah komplikasi serius dari kelaparan oksigen akut yang berkembang di dataran tinggi. Pencegahan emfisema jaringan ketinggian dapat dicapai dengan menciptakan tekanan balik eksternal pada tubuh dengan peralatan ketinggian tinggi.

Proses penurunan tekanan barometrik (dekompresi) di bawah parameter tertentu dapat menjadi faktor yang merusak. Tergantung pada kecepatannya, dekompresi dibagi menjadi halus (lambat) dan eksplosif. Yang terakhir berlangsung dalam waktu kurang dari 1 detik dan disertai dengan ledakan kuat (seperti dalam bidikan), pembentukan kabut (kondensasi uap air karena pendinginan udara yang mengembang). Biasanya, dekompresi eksplosif terjadi di ketinggian ketika kaca kokpit bertekanan atau setelan tekanan pecah.

Dalam dekompresi eksplosif, paru-paru adalah yang pertama menderita. Peningkatan tekanan intrapulmoner yang cepat (lebih dari 80 mm Hg) menyebabkan peregangan jaringan paru-paru yang signifikan, yang dapat menyebabkan ruptur paru-paru (dengan ekspansi 2,3 kali). Dekompresi eksplosif juga dapat menyebabkan kerusakan pada saluran pencernaan. Jumlah tekanan berlebih yang terjadi di paru-paru akan sangat tergantung pada laju aliran udara keluar dari paru-paru selama dekompresi dan volume udara di paru-paru. Sangat berbahaya jika saluran udara bagian atas pada saat dekompresi ternyata tertutup (saat menelan, menahan napas) atau dekompresi bertepatan dengan fase inspirasi dalam, ketika paru-paru diisi dengan sejumlah besar udara.

Suhu atmosfer

Suhu atmosfer awalnya menurun dengan meningkatnya ketinggian (rata-rata, dari 15° di dekat permukaan tanah hingga -56,5° pada ketinggian 11-18 km). Gradien suhu vertikal di zona atmosfer ini sekitar 0,6° untuk setiap 100 m; itu berubah sepanjang hari dan tahun (Tabel 4).

Tabel 4. PERUBAHAN GRADIEN SUHU VERTIKAL DI JALAN TENGAH WILAYAH USSR

Beras. 5. Perubahan suhu atmosfer pada ketinggian yang berbeda. Batas-batas bola ditunjukkan oleh garis putus-putus.

Pada ketinggian 11 - 25 km, suhu menjadi konstan dan mencapai -56,5 °; kemudian suhu mulai naik, mencapai 30–40° pada ketinggian 40 km, dan 70° pada ketinggian 50–60 km (Gbr. 5), yang dikaitkan dengan penyerapan intens radiasi matahari oleh ozon. Dari ketinggian 60–80 km, suhu udara kembali sedikit menurun (sampai 60°C), kemudian semakin meningkat dan mencapai 270 °C pada ketinggian 120 km, 800 °C pada ketinggian 220 km, 1500 °C pada ketinggian 300 km, dan

di perbatasan dengan luar angkasa - lebih dari 3000 °. Perlu dicatat bahwa karena penghalusan yang tinggi dan kerapatan gas yang rendah pada ketinggian ini, kapasitas panas dan kemampuannya untuk memanaskan benda yang lebih dingin sangat kecil. Dalam kondisi ini, perpindahan panas dari satu benda ke benda lain hanya terjadi melalui radiasi. Semua perubahan suhu yang dipertimbangkan di atmosfer dikaitkan dengan penyerapan energi panas matahari oleh massa udara - langsung dan dipantulkan.

Di bagian bawah atmosfer dekat permukaan bumi, distribusi suhu tergantung pada masuknya radiasi matahari dan oleh karena itu memiliki karakter garis lintang, yaitu, garis suhu yang sama - isoterm - sejajar dengan garis lintang. Karena atmosfer di lapisan bawah dipanaskan dari permukaan bumi, perubahan suhu horizontal sangat dipengaruhi oleh distribusi benua dan lautan, yang sifat termalnya berbeda. Biasanya, buku referensi menunjukkan suhu yang diukur selama pengamatan meteorologi jaringan dengan termometer dipasang pada ketinggian 2 m di atas permukaan tanah. Suhu tertinggi (hingga 58°C) diamati di gurun Iran, dan di Uni Soviet - di selatan Turkmenistan (hingga 50 °), terendah (hingga -87°) di Antartika, dan di Uni Soviet - di wilayah Verkhoyansk dan Oymyakon (hingga -68° ). Di musim dingin, gradien suhu vertikal dalam beberapa kasus, alih-alih 0,6 °, dapat melebihi 1 ° per 100 m atau bahkan mengambil nilai negatif. Pada siang hari di musim panas, itu bisa sama dengan puluhan derajat per 100 m. Ada juga gradien suhu horizontal, yang biasanya disebut sebagai jarak 100 km sepanjang normal ke isoterm. Besarnya gradien suhu horizontal adalah sepersepuluh derajat per 100 km, dan di zona frontal dapat melebihi 10° per 100 m.

Tubuh manusia mampu mempertahankan homeostasis termal (lihat) dalam kisaran fluktuasi suhu luar ruangan yang cukup sempit - dari 15 hingga 45 °. Perbedaan yang signifikan dalam suhu atmosfer di dekat Bumi dan di ketinggian memerlukan penggunaan sarana teknis pelindung khusus untuk memastikan keseimbangan termal antara tubuh manusia dan lingkungan dalam penerbangan ketinggian dan ruang angkasa.

Perubahan karakteristik dalam parameter atmosfer (suhu, tekanan, komposisi kimia, keadaan listrik) memungkinkan untuk membagi atmosfer secara kondisional menjadi zona, atau lapisan. Troposfer- lapisan terdekat dengan Bumi, batas atas yang membentang di khatulistiwa hingga 17-18 km, di kutub - hingga 7-8 km, di garis lintang tengah - hingga 12-16 km. Troposfer dicirikan oleh penurunan tekanan eksponensial, adanya gradien suhu vertikal yang konstan, pergerakan massa udara horizontal dan vertikal, dan perubahan signifikan dalam kelembaban udara. Troposfer mengandung sebagian besar atmosfer, serta bagian penting dari biosfer; di sini semua jenis awan utama muncul, massa udara dan front terbentuk, siklon dan antisiklon berkembang. Di troposfer, karena pantulan sinar matahari oleh lapisan salju Bumi dan pendinginan lapisan permukaan udara, yang disebut inversi terjadi, yaitu, peningkatan suhu di atmosfer dari bawah naik bukannya penurunan biasa.

Di musim panas, percampuran massa udara (acak, kacau) yang konstan dan perpindahan panas oleh aliran udara (konveksi) terjadi di troposfer. Konveksi menghancurkan kabut dan mengurangi kandungan debu di atmosfer bagian bawah.

Lapisan atmosfer kedua adalah stratosfir.

Dimulai dari troposfer sebagai zona sempit (1-3 km) dengan suhu konstan (tropopause) dan meluas hingga ketinggian sekitar 80 km. Ciri stratosfer adalah menipisnya udara secara progresif, intensitas radiasi ultraviolet yang sangat tinggi, tidak adanya uap air, adanya sejumlah besar ozon dan peningkatan suhu secara bertahap. Kandungan ozon yang tinggi menyebabkan sejumlah fenomena optik (fatamorgana), menyebabkan pemantulan suara dan berpengaruh signifikan terhadap intensitas dan komposisi spektral radiasi elektromagnetik. Di stratosfer ada pencampuran udara yang konstan, sehingga komposisinya mirip dengan udara troposfer, meskipun kepadatannya di batas atas stratosfer sangat rendah. Angin yang berlaku di stratosfer adalah angin barat, dan di zona atas ada transisi ke angin timur.

Lapisan atmosfer yang ketiga adalah ionosfir, yang dimulai dari stratosfer dan memanjang hingga ketinggian 600-800 km.

Ciri khas ionosfer adalah penguraian ekstrim medium gas, konsentrasi tinggi ion molekul dan atom dan elektron bebas, dan suhu tinggi. Ionosfer mempengaruhi perambatan gelombang radio, menyebabkan pembiasan, pemantulan, dan penyerapannya.

Sumber utama ionisasi di lapisan atmosfer yang tinggi adalah radiasi ultraviolet Matahari. Dalam hal ini elektron terlempar dari atom gas, atom berubah menjadi ion positif, dan elektron tersingkir tetap bebas atau ditangkap oleh molekul netral dengan pembentukan ion negatif. Ionisasi ionosfer dipengaruhi oleh meteor, corpuscular, sinar-X dan radiasi gamma Matahari, serta proses seismik Bumi (gempa bumi, letusan gunung berapi, ledakan kuat), yang menghasilkan gelombang akustik di ionosfer, yang meningkatkan amplitudo dan kecepatan osilasi partikel atmosfer dan berkontribusi pada ionisasi molekul gas dan atom (lihat Aeroionisasi).

Konduktivitas listrik di ionosfer, terkait dengan konsentrasi ion dan elektron yang tinggi, sangat tinggi. Peningkatan konduktivitas listrik ionosfer memainkan peran penting dalam refleksi gelombang radio dan terjadinya aurora.

Ionosfer adalah area penerbangan satelit bumi buatan dan rudal balistik antarbenua. Saat ini, kedokteran luar angkasa sedang mempelajari kemungkinan efek pada tubuh manusia dari kondisi penerbangan di bagian atmosfer ini.

Keempat, lapisan luar atmosfer - eksosfer. Dari sini, gas atmosfer tersebar ke ruang dunia karena disipasi (mengatasi gaya gravitasi oleh molekul). Kemudian terjadi transisi bertahap dari atmosfer ke luar angkasa antarplanet. Eksosfer berbeda dari yang terakhir dengan adanya sejumlah besar elektron bebas yang membentuk sabuk radiasi ke-2 dan ke-3 di Bumi.

Pembagian atmosfer menjadi 4 lapisan sangat arbitrer. Jadi, menurut parameter listrik, seluruh ketebalan atmosfer dibagi menjadi 2 lapisan: neutrosfer, di mana partikel netral mendominasi, dan ionosfer. Temperatur membedakan troposfer, stratosfer, mesosfer dan termosfer, yang masing-masing dipisahkan oleh tropo-, strato- dan mesopauses. Lapisan atmosfer yang terletak antara 15 dan 70 km dan dicirikan oleh kandungan ozon yang tinggi disebut ozonosfer.

Untuk tujuan praktis, lebih mudah untuk menggunakan International Standard Atmosphere (MCA), di mana kondisi berikut diterima: tekanan di permukaan laut pada t ° 15 ° adalah 1013 mbar (1,013 X 10 5 nm 2, atau 760 mm Hg ); suhu menurun 6,5 ° per 1 km ke tingkat 11 km (stratosfer bersyarat), dan kemudian tetap konstan. Di Uni Soviet, atmosfer standar GOST 4401 - 64 diadopsi (Tabel 3).

Pengendapan. Karena sebagian besar uap air atmosfer terkonsentrasi di troposfer, proses transisi fase air, yang menyebabkan presipitasi, berlangsung terutama di troposfer. Awan troposfer biasanya menutupi sekitar 50% dari seluruh permukaan bumi, sedangkan awan di stratosfer (pada ketinggian 20-30 km) dan di dekat mesopause, masing-masing disebut awan ibu mutiara dan awan noctilucent, relatif jarang diamati. Sebagai hasil dari kondensasi uap air di troposfer, awan terbentuk dan terjadi presipitasi.

Menurut sifat curah hujan, curah hujan dibagi menjadi 3 jenis: mendung, deras, gerimis. Jumlah curah hujan ditentukan oleh ketebalan lapisan air yang jatuh dalam milimeter; curah hujan diukur dengan alat pengukur hujan dan alat pengukur curah hujan. Intensitas curah hujan dinyatakan dalam milimeter per menit.

Distribusi curah hujan pada musim dan hari tertentu, serta di seluruh wilayah, sangat tidak merata, karena sirkulasi atmosfer dan pengaruh permukaan bumi. Jadi, di Kepulauan Hawaii, rata-rata, 12.000 mm jatuh per tahun, dan di daerah terkering di Peru dan Sahara, curah hujan tidak melebihi 250 mm, dan kadang-kadang tidak turun selama beberapa tahun. Dalam dinamika curah hujan tahunan, jenis-jenis berikut dibedakan: khatulistiwa - dengan curah hujan maksimum setelah ekuinoks musim semi dan musim gugur; tropis - dengan curah hujan maksimum di musim panas; monsun - dengan puncak yang sangat menonjol di musim panas dan musim dingin yang kering; subtropis - dengan curah hujan maksimum di musim dingin dan musim panas yang kering; garis lintang sedang - dengan curah hujan maksimum di musim panas; garis lintang sedang - dengan curah hujan maksimum di musim dingin.

Seluruh kompleks atmosfer-fisik dari faktor iklim dan meteorologi yang membentuk cuaca banyak digunakan untuk meningkatkan kesehatan, pengerasan, dan untuk tujuan pengobatan (lihat Klimatoterapi). Seiring dengan ini, telah ditetapkan bahwa fluktuasi tajam dalam faktor-faktor atmosfer ini dapat mempengaruhi proses fisiologis dalam tubuh, menyebabkan perkembangan berbagai kondisi patologis dan eksaserbasi penyakit, yang disebut reaksi meteotropik (lihat Klimatopatologi). Yang paling penting dalam hal ini adalah gangguan atmosfer yang sering terjadi dalam jangka panjang dan fluktuasi faktor meteorologi yang tiba-tiba.

Reaksi meteotropik lebih sering diamati pada orang yang menderita penyakit pada sistem kardiovaskular, poliartritis, asma bronkial, tukak lambung, penyakit kulit.

Bibliografi: Belinsky V. A. dan Pobiyaho V. A. Aerology, L., 1962, bibliogr.; Biosfer dan sumber dayanya, ed. V.A. Kovdy.Moskow, 1971. Danilov A. D. Kimia ionosfer, L., 1967; Kolobkov N. V. Atmosfer dan kehidupannya, M., 1968; Kalitin H.H. Dasar-dasar fisika atmosfer sebagaimana diterapkan pada kedokteran, L., 1935; Matveev L. T. Fundamentals of general meteorologi, Physics of the atmosphere, L., 1965, bibliogr.; Minkh A. A. Ionisasi udara dan nilai higienisnya, M., 1963, bibliogr.; itu, Metode penelitian higienis, M., 1971, bibliogr.; Tverskoy P. N. Kursus meteorologi, L., 1962; Umansky S.P. Man in space, M., 1970; Khvostikov I. A. Lapisan atmosfer yang tinggi, L., 1964; X r g dan a N A. X. Fisika atmosfer, L., 1969, bibliogr.; Khromov S.P. Meteorologi dan klimatologi untuk fakultas geografi, L., 1968.

Efek tekanan darah tinggi dan rendah pada tubuh- Armstrong G. Kedokteran penerbangan, trans. dari bahasa Inggris, M., 1954, bibliogr.; Saltsman G.L. Basis fisiologis seseorang tinggal dalam kondisi tekanan tinggi dari gas lingkungan, L., 1961, bibliogr.; Ivanov D. I. dan Khromushkin A. I. Sistem pendukung kehidupan manusia selama penerbangan ketinggian dan ruang angkasa, M., 1968, bibliogr.; Isakov P. K., dll. Teori dan praktik kedokteran penerbangan, M., 1971, bibliogr.; Kovalenko E. A. dan Chernyakov I. N. Oksigen kain pada faktor ekstrim penerbangan, M., 1972, bibliogr.; Miles S. Pengobatan bawah air, trans. dari bahasa Inggris, M., 1971, bibliografi; Busby D.E. Space Clinical Medicine, Dordrecht, 1968.

I. H. Chernyakov, M. T. Dmitriev, S. I. Nepomnyashchy.

planet biru...

Topik ini seharusnya muncul di situs salah satu yang pertama. Bagaimanapun, helikopter adalah pesawat atmosfer. atmosfer bumi- mereka, sehingga untuk berbicara, habitat :-). TETAPI sifat fisik udara tentukan saja kualitas habitat ini :-). Jadi itu salah satu dasarnya. Dan dasarnya selalu ditulis terlebih dahulu. Tapi aku baru menyadarinya sekarang. Namun, lebih baik, seperti yang Anda tahu, terlambat daripada tidak sama sekali ... Mari kita bahas masalah ini, tetapi tanpa masuk ke alam liar dan kesulitan yang tidak perlu :-).

Jadi… atmosfer bumi. Ini adalah cangkang gas dari planet biru kita. Semua orang tahu nama ini. Mengapa biru? Hanya karena komponen "biru" (juga biru dan ungu) sinar matahari (spektrum) tersebar paling baik di atmosfer, sehingga mewarnainya dengan warna kebiru-biruan, kadang-kadang dengan sedikit warna ungu (pada hari yang cerah, tentu saja :-)) .

Komposisi atmosfer bumi.

Komposisi atmosfernya cukup luas. Saya tidak akan mencantumkan semua komponen dalam teks, ada ilustrasi yang bagus untuk ini.Komposisi semua gas ini hampir konstan, kecuali karbon dioksida (CO 2 ). Selain itu, atmosfer pasti mengandung air dalam bentuk uap, tetesan tersuspensi atau kristal es. Jumlah air tidak konstan dan tergantung pada suhu dan, pada tingkat lebih rendah, pada tekanan udara. Selain itu, atmosfer bumi (terutama yang sekarang) juga mengandung jumlah tertentu, saya akan mengatakan "segala macam kotoran" :-). Ini adalah SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, selain itu ada uap merkuri Hg. Benar, semua ini ada dalam jumlah kecil, terima kasih Tuhan :-).

atmosfer bumi Merupakan kebiasaan untuk membagi menjadi beberapa zona yang saling mengikuti ketinggian di atas permukaan.

Yang pertama, paling dekat dengan bumi, adalah troposfer. Ini adalah yang terendah dan, bisa dikatakan, lapisan utama untuk kehidupan berbagai jenis. Ini mengandung 80% dari massa semua udara atmosfer (walaupun volumenya hanya sekitar 1% dari seluruh atmosfer) dan sekitar 90% dari semua air atmosfer. Sebagian besar dari semua angin, awan, hujan, dan salju berasal dari sana. Troposfer meluas hingga ketinggian sekitar 18 km di garis lintang tropis dan hingga 10 km di garis lintang kutub. Suhu udara di dalamnya turun dengan kenaikan sekitar 0,65º untuk setiap 100 m.

zona atmosfer.

Zona kedua adalah stratosfer. Saya harus mengatakan bahwa zona sempit lain dibedakan antara troposfer dan stratosfer - tropopause. Ini menghentikan penurunan suhu dengan ketinggian. Tropopause memiliki ketebalan rata-rata 1,5-2 km, tetapi batas-batasnya tidak jelas dan troposfer sering tumpang tindih dengan stratosfer.

Jadi stratosfer memiliki ketinggian rata-rata 12 km sampai 50 km. Suhu di dalamnya hingga 25 km tetap tidak berubah (sekitar -57ºС), kemudian di suatu tempat hingga 40 km naik menjadi sekitar 0ºС dan selanjutnya hingga 50 km tetap tidak berubah. Stratosfer adalah bagian yang relatif tenang dari atmosfer bumi. Praktis tidak ada kondisi cuaca buruk di dalamnya. Di stratosfer inilah lapisan ozon yang terkenal terletak di ketinggian dari 15-20 km hingga 55-60 km.

Ini diikuti oleh stratopause lapisan batas kecil, di mana suhu tetap sekitar 0ºС, dan kemudian zona berikutnya adalah mesosfer. Itu meluas ke ketinggian 80-90 km, dan di dalamnya suhu turun menjadi sekitar 80ºС. Di mesosfer, meteor kecil biasanya terlihat, yang mulai bersinar di dalamnya dan terbakar di sana.

Celah sempit berikutnya adalah mesopause dan di luarnya adalah zona termosfer. Ketinggiannya mencapai 700-800 km. Di sini suhu mulai naik lagi dan pada ketinggian sekitar 300 km dapat mencapai nilai orde 1200ºС. Setelah itu, tetap konstan. Ionosfer terletak di dalam termosfer hingga ketinggian sekitar 400 km. Di sini, udara sangat terionisasi karena paparan radiasi matahari dan memiliki konduktivitas listrik yang tinggi.

Zona berikutnya dan, secara umum, terakhir adalah eksosfer. Inilah yang disebut zona pencar. Di sini, terutama hidrogen dan helium yang sangat langka (dengan dominasi hidrogen) hadir. Pada ketinggian sekitar 3000 km, eksosfer melewati ruang hampa udara.

Ini seperti itu di suatu tempat. Mengapa tentang? Karena lapisan ini agak bersyarat. Berbagai perubahan ketinggian, komposisi gas, air, suhu, ionisasi, dan sebagainya dimungkinkan. Selain itu, masih banyak lagi istilah yang mendefinisikan struktur dan keadaan atmosfer bumi.

Misalnya homosfer dan heterosfer. Yang pertama, gas atmosfer tercampur dengan baik dan komposisinya cukup homogen. Yang kedua terletak di atas yang pertama dan praktis tidak ada pencampuran seperti itu di sana. Gas dipisahkan oleh gravitasi. Batas antara lapisan ini terletak di ketinggian 120 km, dan disebut turbopause.

Mungkin kita akan selesai dengan persyaratannya, tetapi saya pasti akan menambahkan bahwa secara konvensional diasumsikan bahwa batas atmosfer terletak pada ketinggian 100 km di atas permukaan laut. Perbatasan ini disebut Garis Karman.

Saya akan menambahkan dua gambar lagi untuk mengilustrasikan struktur atmosfer. Yang pertama, bagaimanapun, dalam bahasa Jerman, tetapi lengkap dan cukup mudah dimengerti :-). Itu bisa diperbesar dan dipertimbangkan dengan baik. Yang kedua menunjukkan perubahan suhu atmosfer dengan ketinggian.

Struktur atmosfer bumi.

Perubahan suhu udara dengan ketinggian.

Pesawat ruang angkasa orbital berawak modern terbang pada ketinggian sekitar 300-400 km. Namun, ini bukan lagi penerbangan, meskipun tentu saja dalam arti tertentu terkait erat, dan kami pasti akan membicarakannya lagi :-).

Zona penerbangan adalah troposfer. Pesawat atmosfer modern juga dapat terbang di lapisan bawah stratosfer. Misalnya, langit-langit praktis MIG-25RB adalah 23000 m.

Terbang di stratosfer.

Dan tepatnya sifat fisik udara troposfer menentukan bagaimana penerbangan akan berlangsung, seberapa efektif sistem kontrol pesawat, bagaimana turbulensi di atmosfer akan mempengaruhinya, bagaimana mesin akan bekerja.

Properti utama pertama adalah suhu udara. Dalam dinamika gas, dapat ditentukan pada skala Celcius atau pada skala Kelvin.

Suhu t1 pada ketinggian tertentu H pada skala Celcius ditentukan:

t 1 \u003d t - 6,5N, di mana t adalah suhu udara di bumi.

Suhu dalam skala Kelvin disebut suhu mutlak Nol pada skala ini adalah nol mutlak. Pada nol mutlak, gerakan termal molekul berhenti. Nol mutlak pada skala Kelvin sesuai dengan -273º pada skala Celcius.

Dengan demikian, suhu T tinggi H pada skala Kelvin ditentukan:

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

Tekanan udara. Tekanan atmosfer diukur dalam Pascals (N / m 2), dalam sistem lama pengukuran atmosfer (atm.). Ada juga yang namanya tekanan barometrik. Ini adalah tekanan yang diukur dalam milimeter air raksa menggunakan barometer air raksa. Tekanan barometrik (tekanan di permukaan laut) sama dengan 760 mm Hg. Seni. disebut standar. Dalam fisika, 1 atm. sama dengan 760 mm Hg.

Kepadatan udara. Dalam aerodinamika, konsep yang paling umum digunakan adalah kerapatan massa udara. Ini adalah massa udara dalam 1 m3 volume. Kepadatan udara berubah dengan ketinggian, udara menjadi lebih jarang.

Kelembaban udara. Menunjukkan jumlah air di udara. Ada konsep" kelembaban relatif". Ini adalah rasio massa uap air dengan maksimum yang mungkin pada suhu tertentu. Konsep 0%, yaitu ketika udara benar-benar kering, pada umumnya hanya dapat eksis di laboratorium. Di sisi lain, kelembaban 100% cukup nyata. Ini berarti bahwa udara telah menyerap semua air yang dapat diserapnya. Sesuatu seperti benar-benar "spons penuh". Kelembaban relatif yang tinggi mengurangi kepadatan udara, sedangkan kelembaban relatif yang rendah meningkatkannya.

Karena kenyataan bahwa penerbangan pesawat berlangsung dalam kondisi atmosfer yang berbeda, parameter penerbangan dan aerodinamisnya dalam satu mode penerbangan mungkin berbeda. Oleh karena itu, untuk penilaian yang benar dari parameter ini, kami memperkenalkan Suasana Standar Internasional (ISA). Ini menunjukkan perubahan keadaan udara dengan kenaikan ketinggian.

Parameter utama keadaan udara pada kelembaban nol diambil sebagai:

tekanan P = 760 mm Hg. Seni. (101,3 kPa);

suhu t = +15°C (288 K);

kepadatan massa \u003d 1,225 kg / m 3;

Untuk ISA, diasumsikan (seperti yang disebutkan di atas :-)) bahwa suhu turun di troposfer sebesar 0,65º untuk setiap ketinggian 100 meter.

Suasana standar (contoh hingga 10.000 m).

Tabel ISA digunakan untuk mengkalibrasi instrumen, serta untuk perhitungan navigasi dan teknik.

Sifat fisik udara juga mencakup konsep-konsep seperti kelembaman, viskositas dan kompresibilitas.

Inersia adalah sifat udara yang mencirikan kemampuannya untuk menahan perubahan keadaan diam atau gerak lurus beraturan. . Ukuran inersia adalah massa jenis udara. Semakin tinggi, semakin tinggi inersia dan gaya hambat medium ketika pesawat bergerak di dalamnya.

Viskositas. Menentukan hambatan gesekan terhadap udara saat pesawat bergerak.

Kompresibilitas mengukur perubahan kepadatan udara sebagai perubahan tekanan. Pada kecepatan rendah pesawat (hingga 450 km/jam), tidak ada perubahan tekanan ketika aliran udara mengalir di sekitarnya, tetapi pada kecepatan tinggi, efek kompresibilitas mulai muncul. Pengaruhnya pada supersonik sangat terasa. Ini adalah area aerodinamika yang terpisah dan topik untuk artikel terpisah :-).

Baiklah, sepertinya itu saja untuk saat ini ... Saatnya untuk menyelesaikan penghitungan yang sedikit membosankan ini, yang, bagaimanapun, tidak dapat dihilangkan :-). atmosfer bumi, parameternya, sifat fisik udara untuk pesawat sama pentingnya dengan parameter peralatan itu sendiri, dan tidak mungkin untuk tidak menyebutkannya.

Untuk saat ini, sampai pertemuan berikutnya dan topik yang lebih menarik …

P.S. Untuk hidangan penutup, saya sarankan menonton video yang difilmkan dari kokpit kembaran MIG-25PU selama penerbangannya ke stratosfer. Difilmkan, rupanya, oleh turis yang punya uang untuk penerbangan seperti itu :-). Difilmkan sebagian besar melalui kaca depan. Perhatikan warna langit...