Atmosfer adalah salah satu komponen terpenting dari planet kita. Dialah yang "menampung" orang dari kondisi luar angkasa yang keras, seperti radiasi matahari dan puing-puing luar angkasa. Namun, banyak fakta tentang atmosfer yang tidak diketahui kebanyakan orang.

1. Warna langit yang sebenarnya

Meski sulit dipercaya, langit sebenarnya berwarna ungu. Ketika cahaya memasuki atmosfer, partikel udara dan air menyerap cahaya, menyebarkannya. Pada saat yang sama, warna ungu paling banyak tersebar, itulah sebabnya orang melihat langit biru.

2. Elemen eksklusif di atmosfer bumi

Seperti yang banyak diingat dari sekolah, atmosfer bumi terdiri dari sekitar 78% nitrogen, 21% oksigen, dan pengotor kecil argon, karbon dioksida, dan gas lainnya. Tetapi hanya sedikit orang yang tahu bahwa atmosfer kita adalah satu-satunya yang sejauh ini ditemukan oleh para ilmuwan (selain komet 67P) yang memiliki oksigen bebas. Karena oksigen adalah gas yang sangat reaktif, oksigen sering bereaksi dengan bahan kimia lain di luar angkasa. Bentuknya yang murni di Bumi membuat planet ini layak huni.

3. Garis putih di langit

Tentunya, beberapa terkadang bertanya-tanya mengapa garis putih tetap ada di langit di belakang pesawat jet. Jejak putih ini, yang dikenal sebagai contrails, terbentuk ketika gas buang panas dan lembab dari mesin pesawat bercampur dengan udara luar yang lebih dingin. Uap air dari gas buang membeku dan menjadi terlihat.

4. Lapisan utama atmosfer

Atmosfer Bumi terdiri dari lima lapisan utama, yang memungkinkan kehidupan di planet ini. Yang pertama, troposfer, memanjang dari permukaan laut hingga ketinggian sekitar 17 km ke khatulistiwa. Sebagian besar peristiwa cuaca terjadi di dalamnya.

5. Lapisan ozon

Lapisan atmosfer berikutnya, stratosfer, mencapai ketinggian sekitar 50 km di khatulistiwa. Ini berisi lapisan ozon, yang melindungi orang dari sinar ultraviolet yang berbahaya. Meskipun lapisan ini berada di atas troposfer, sebenarnya bisa lebih hangat karena penyerapan energi dari sinar matahari. Sebagian besar pesawat jet dan balon cuaca terbang di stratosfer. Pesawat bisa terbang lebih cepat di dalamnya karena tidak terlalu terpengaruh oleh gravitasi dan gesekan. Balon cuaca bisa mendapatkan gambaran yang lebih baik tentang badai, yang sebagian besar terjadi lebih rendah di troposfer.

6. Mesosfer

Mesosfer adalah lapisan tengah, memanjang hingga ketinggian 85 km di atas permukaan planet. Suhunya berfluktuasi sekitar -120 ° C. Sebagian besar meteor yang memasuki atmosfer bumi terbakar di mesosfer. Dua lapisan terakhir yang melewati ruang angkasa adalah termosfer dan eksosfer.

7. Hilangnya atmosfer

Bumi kemungkinan besar telah kehilangan atmosfernya beberapa kali. Ketika planet ini tertutup lautan magma, benda-benda antarbintang besar menabraknya. Tabrakan ini, yang juga membentuk Bulan, mungkin telah membentuk atmosfer planet untuk pertama kalinya.

8. Jika tidak ada gas atmosfer...

Tanpa berbagai gas di atmosfer, Bumi akan terlalu dingin untuk keberadaan manusia. Uap air, karbon dioksida, dan gas atmosfer lainnya menyerap panas dari matahari dan "mendistribusikannya" ke permukaan planet, membantu menciptakan iklim yang layak huni.

9. Pembentukan lapisan ozon

Lapisan ozon yang terkenal (dan penting) tercipta ketika atom oksigen bereaksi dengan sinar ultraviolet dari matahari untuk membentuk ozon. Ini adalah ozon yang menyerap sebagian besar radiasi berbahaya dari matahari. Terlepas dari pentingnya, lapisan ozon terbentuk relatif baru-baru ini setelah cukup banyak kehidupan muncul di lautan untuk melepaskan ke atmosfer jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk menciptakan konsentrasi minimum ozon.

10. Ionosfer

Ionosfer dinamakan demikian karena partikel berenergi tinggi dari luar angkasa dan dari matahari membantu membentuk ion, menciptakan "lapisan listrik" di sekitar planet ini. Ketika tidak ada satelit, lapisan ini membantu memantulkan gelombang radio.

11. Hujan asam

Hujan asam, yang menghancurkan seluruh hutan dan merusak ekosistem air, terbentuk di atmosfer ketika partikel sulfur dioksida atau nitrogen oksida bercampur dengan uap air dan jatuh ke tanah sebagai hujan. Senyawa kimia ini juga ditemukan di alam: belerang dioksida dihasilkan selama letusan gunung berapi, dan oksida nitrat dihasilkan selama sambaran petir.

12. Kekuatan Petir

Petir sangat kuat sehingga hanya dengan satu pelepasan saja dapat memanaskan udara di sekitarnya hingga 30.000 ° C. Pemanasan yang cepat menyebabkan ekspansi eksplosif dari udara di dekatnya, yang terdengar dalam bentuk gelombang suara yang disebut guntur.

Aurora Borealis dan Aurora Australis (Aurora Utara dan Selatan) disebabkan oleh reaksi ion yang terjadi di tingkat keempat atmosfer, termosfer. Ketika partikel angin surya bermuatan tinggi bertabrakan dengan molekul udara di atas kutub magnet planet, mereka bersinar dan menciptakan pertunjukan cahaya yang luar biasa.

14. Matahari terbenam

Matahari terbenam sering terlihat seperti langit yang terbakar saat partikel atmosfer kecil menyebarkan cahaya, memantulkannya dalam warna oranye dan kuning. Prinsip yang sama mendasari pembentukan pelangi.

Pada tahun 2013, para ilmuwan menemukan bahwa mikroba kecil dapat bertahan hidup beberapa kilometer di atas permukaan bumi. Pada ketinggian 8-15 km di atas planet ini, ditemukan mikroba yang menghancurkan bahan kimia organik yang mengapung di atmosfer, "memakannya".

Penganut teori kiamat dan berbagai cerita horor lainnya akan tertarik untuk mempelajarinya.

Atmosfer inilah yang memungkinkan adanya kehidupan di Bumi. Kami mendapatkan informasi dan fakta pertama tentang suasana di sekolah dasar. Di sekolah menengah, kita sudah lebih mengenal konsep ini dalam pelajaran geografi.

Konsep atmosfer bumi

Atmosfer hadir tidak hanya di Bumi, tetapi juga di benda langit lainnya. Ini adalah nama cangkang gas yang mengelilingi planet-planet. Komposisi lapisan gas dari planet yang berbeda ini sangat berbeda. Mari kita lihat informasi dan fakta dasar tentang yang disebut udara.

Komponen terpentingnya adalah oksigen. Beberapa orang secara keliru berpikir bahwa atmosfer bumi seluruhnya terdiri dari oksigen, tetapi udara sebenarnya adalah campuran gas. Ini mengandung 78% nitrogen dan 21% oksigen. Sisanya satu persen termasuk ozon, argon, karbon dioksida, uap air. Biarkan persentase gas-gas ini kecil, tetapi mereka melakukan fungsi penting - mereka menyerap sebagian besar energi radiasi matahari, sehingga mencegah termasyhur mengubah semua kehidupan di planet kita menjadi abu. Sifat-sifat atmosfer berubah dengan ketinggian. Misalnya, pada ketinggian 65 km, nitrogen adalah 86% dan oksigen adalah 19%.

Komposisi atmosfer bumi

• Karbon dioksida penting untuk nutrisi tanaman. Di atmosfer, itu muncul sebagai hasil dari proses respirasi organisme hidup, membusuk, terbakar. Tidak adanya unsur ini dalam komposisi atmosfer akan membuat tumbuhan tidak mungkin ada.
• Oksigen merupakan komponen penting dari atmosfer bagi manusia. Kehadirannya merupakan syarat bagi keberadaan semua makhluk hidup. Itu membuat sekitar 20% dari total volume gas atmosfer.
• Ozon Ini adalah penyerap alami radiasi ultraviolet matahari, yang berdampak buruk pada organisme hidup. Sebagian besar membentuk lapisan atmosfer yang terpisah - layar ozon. Baru-baru ini, aktivitas manusia telah menyebabkan fakta bahwa itu mulai runtuh secara bertahap, tetapi karena itu sangat penting, pekerjaan aktif sedang dilakukan untuk melestarikan dan memulihkannya.
• uap air menentukan kelembaban udara. Isinya dapat bervariasi tergantung pada berbagai faktor: suhu udara, lokasi geografis, musim. Pada suhu rendah, uap air di udara sangat sedikit, mungkin kurang dari satu persen, dan pada suhu tinggi, jumlahnya mencapai 4%.
• Selain semua hal di atas, dalam komposisi atmosfer bumi selalu ada persentase tertentu kotoran padat dan cair. Ini adalah jelaga, abu, garam laut, debu, tetesan air, mikroorganisme. Mereka bisa masuk ke udara baik secara alami maupun dengan cara antropogenik.

Lapisan atmosfer

Dan suhu, dan kepadatan, dan komposisi kualitatif udara tidak sama pada ketinggian yang berbeda. Karena itu, biasanya membedakan lapisan atmosfer yang berbeda. Masing-masing dari mereka memiliki karakteristiknya sendiri. Mari kita cari tahu lapisan atmosfer mana yang dibedakan:

• Troposfer adalah lapisan atmosfer yang paling dekat dengan permukaan bumi. Ketinggiannya 8-10 km di atas kutub dan 16-18 km di daerah tropis. Berikut adalah 90% dari semua uap air yang tersedia di atmosfer, sehingga ada pembentukan awan aktif. Pada lapisan ini juga terjadi proses seperti pergerakan udara (angin), turbulensi, konveksi. Suhu berkisar antara +45 derajat pada siang hari di musim panas di daerah tropis hingga -65 derajat di kutub.
• Stratosfer adalah lapisan terjauh kedua dari atmosfer. Terletak di ketinggian 11 hingga 50 km. Di lapisan bawah stratosfer, suhunya kira-kira -55, menuju jarak dari Bumi naik ke +1˚С. Wilayah ini disebut inversi dan merupakan batas antara stratosfer dan mesosfer.
• Mesosfer terletak pada ketinggian 50 hingga 90 km. Suhu di batas bawahnya sekitar 0, di atas mencapai -80...-90 . Meteorit yang memasuki atmosfer bumi terbakar habis di mesosfer, yang menyebabkan pancaran udara terjadi di sini.
• Termosfer memiliki ketebalan sekitar 700 km. Cahaya utara muncul di lapisan atmosfer ini. Mereka muncul karena aksi radiasi kosmik dan radiasi yang berasal dari Matahari.
• Eksosfer adalah zona penyebaran udara. Di sini, konsentrasi gas kecil dan pelepasan bertahap mereka ke ruang antarplanet terjadi.

Batas antara atmosfer bumi dan luar angkasa dianggap sebagai garis 100 km. Garis ini disebut garis Karman.

tekanan atmosfir

Mendengarkan ramalan cuaca, kita sering mendengar pembacaan tekanan udara. Tapi apa arti tekanan atmosfer, dan bagaimana pengaruhnya terhadap kita?

Kami menemukan bahwa udara terdiri dari gas dan kotoran. Masing-masing komponen ini memiliki berat sendiri, yang berarti bahwa atmosfer tidak berbobot, seperti yang diyakini hingga abad ke-17. Tekanan atmosfer adalah gaya yang dengannya semua lapisan atmosfer menekan permukaan bumi dan semua benda.

Para ilmuwan melakukan perhitungan yang rumit dan membuktikan bahwa atmosfer menekan area seluas satu meter persegi dengan kekuatan 10.333 kg. Ini berarti bahwa tubuh manusia tunduk pada tekanan udara, yang beratnya 12-15 ton. Mengapa kita tidak merasakannya? Ini menyelamatkan kita dari tekanan internal, yang menyeimbangkan tekanan eksternal. Anda dapat merasakan tekanan atmosfer saat berada di pesawat terbang atau di pegunungan, karena tekanan atmosfer di ketinggian jauh lebih sedikit. Dalam hal ini, ketidaknyamanan fisik, telinga tersumbat, pusing mungkin terjadi.

Banyak yang bisa dikatakan tentang suasana di sekitar. Kami tahu banyak fakta menarik tentang dia, dan beberapa di antaranya mungkin tampak mengejutkan:

• Berat atmosfer bumi adalah 5.300.000.000.000.000.000 ton.
• Ini berkontribusi pada transmisi suara. Pada ketinggian lebih dari 100 km, properti ini menghilang karena perubahan komposisi atmosfer.
• Pergerakan atmosfer dipicu oleh pemanasan permukaan bumi yang tidak merata.
• Termometer digunakan untuk mengukur suhu udara, dan barometer digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer.
• Kehadiran atmosfer menyelamatkan planet kita dari 100 ton meteorit setiap hari.
• Komposisi udara tetap selama beberapa ratus juta tahun, tetapi mulai berubah dengan dimulainya aktivitas industri yang cepat.
• Diyakini bahwa atmosfer meluas ke atas hingga ketinggian 3000 km.

Nilai atmosfer bagi manusia

Zona fisiologis atmosfer adalah 5 km. Pada ketinggian 5.000 m di atas permukaan laut, seseorang mulai mengalami kelaparan oksigen, yang dinyatakan dalam penurunan kapasitas kerjanya dan penurunan kesejahteraan. Ini menunjukkan bahwa seseorang tidak dapat bertahan hidup di ruang di mana campuran gas yang menakjubkan ini tidak ada.

Semua informasi dan fakta tentang atmosfer hanya menegaskan pentingnya bagi manusia. Berkat kehadirannya, kemungkinan perkembangan kehidupan di Bumi muncul. Sudah hari ini, setelah menilai sejauh mana kerusakan yang dapat ditimbulkan umat manusia dengan tindakannya di udara yang memberi kehidupan, kita harus memikirkan langkah-langkah lebih lanjut untuk melestarikan dan memulihkan atmosfer.

10.045×10 3 J/(kg*K) (dalam kisaran suhu dari 0-100 °C), C v 8.3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500 °C). Kelarutan udara dalam air pada 0 °C adalah 0,036%, pada 25 °C - 0,22%.

Komposisi atmosfer

Sejarah terbentuknya atmosfer

Sejarah awal

Saat ini, sains tidak dapat melacak semua tahapan pembentukan Bumi dengan akurasi 100%. Menurut teori yang paling umum, atmosfer bumi telah berada dalam empat komposisi yang berbeda dari waktu ke waktu. Awalnya, itu terdiri dari gas ringan (hidrogen dan helium) yang ditangkap dari ruang antarplanet. Ini disebut atmosfer utama. Pada tahap selanjutnya, aktivitas vulkanik aktif menyebabkan kejenuhan atmosfer dengan gas selain hidrogen (hidrokarbon, amonia, uap air). Begini caranya atmosfer sekunder. Suasana ini memulihkan. Selanjutnya, proses pembentukan atmosfer ditentukan oleh faktor-faktor berikut:

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

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

Munculnya kehidupan dan oksigen

Dengan munculnya organisme hidup di Bumi sebagai hasil fotosintesis, disertai dengan pelepasan oksigen dan penyerapan karbon dioksida, komposisi atmosfer mulai berubah. Namun, ada data (analisis komposisi isotop oksigen atmosfer dan yang dilepaskan selama fotosintesis) yang mendukung asal usul geologis oksigen atmosfer.

Awalnya, oksigen dihabiskan untuk oksidasi senyawa tereduksi - hidrokarbon, bentuk besi dari besi yang terkandung di lautan, dll. Pada akhir tahap ini, kandungan oksigen di atmosfer mulai tumbuh.

Pada 1990-an, percobaan dilakukan untuk menciptakan sistem ekologi tertutup ("Biosfer 2"), di mana tidak mungkin untuk membuat sistem yang stabil dengan komposisi udara tunggal. Pengaruh mikroorganisme menyebabkan penurunan kadar oksigen dan peningkatan jumlah karbon dioksida.

Nitrogen

Pembentukan sejumlah besar N2 disebabkan oleh oksidasi atmosfer primer amonia-hidrogen oleh molekul O2, yang mulai muncul dari permukaan planet sebagai hasil fotosintesis, seperti yang diharapkan, sekitar 3 miliar tahun yang lalu. (menurut versi lain, oksigen atmosfer berasal dari geologis). Nitrogen dioksidasi menjadi NO di atmosfer bagian atas, digunakan dalam industri dan diikat oleh bakteri pengikat nitrogen, sedangkan N2 dilepaskan ke atmosfer sebagai hasil denitrifikasi nitrat dan senyawa lain yang mengandung nitrogen.

Nitrogen N 2 adalah gas inert dan hanya bereaksi dalam kondisi tertentu (misalnya, selama pelepasan petir). Ini dapat dioksidasi dan diubah menjadi bentuk biologis oleh cyanobacteria, beberapa bakteri (misalnya, bakteri bintil yang membentuk simbiosis rhizobium dengan kacang-kacangan).

Oksidasi molekul nitrogen oleh pelepasan listrik digunakan dalam produksi industri pupuk nitrogen, dan juga menyebabkan pembentukan endapan sendawa yang unik di Gurun Atacama Chili.

gas mulia

Pembakaran bahan bakar merupakan sumber utama gas pencemar (CO , NO, SO 2). Sulfur dioksida dioksidasi oleh udara O 2 menjadi SO 3 di atmosfer atas, yang berinteraksi dengan uap H 2 O dan NH 3, dan menghasilkan H 2 SO 4 dan (NH 4) 2 SO 4 kembali ke permukaan bumi bersama dengan presipitasi . Penggunaan mesin pembakaran internal menyebabkan polusi udara yang signifikan dengan nitrogen oksida, hidrokarbon dan senyawa Pb.

Pencemaran aerosol di atmosfer disebabkan baik oleh penyebab alami (letusan gunung berapi, badai debu, terbawanya tetesan air laut dan partikel serbuk sari, dll.) maupun oleh aktivitas ekonomi manusia (penambangan bijih dan bahan bangunan, pembakaran bahan bakar, produksi semen, dll.) .) . Penghapusan partikel padat dalam skala besar yang intens ke atmosfer adalah salah satu kemungkinan penyebab perubahan iklim di planet ini.

Struktur atmosfer dan karakteristik cangkang individu

Keadaan fisik atmosfer ditentukan oleh cuaca dan iklim. Parameter utama atmosfer: kerapatan udara, tekanan, suhu dan komposisi. Ketika ketinggian meningkat, kepadatan udara dan tekanan atmosfer menurun. Suhu juga berubah dengan perubahan ketinggian. Struktur vertikal atmosfer dicirikan oleh suhu dan sifat listrik yang berbeda, kondisi udara yang berbeda. Tergantung pada suhu di atmosfer, lapisan utama berikut dibedakan: troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfer, eksosfer (bola hamburan). Daerah transisi atmosfer antara cangkang yang berdekatan masing-masing disebut tropopause, stratopause, dll.

Troposfer

Stratosfir

Sebagian besar bagian panjang gelombang pendek dari radiasi ultraviolet (180-200 nm) disimpan di stratosfer dan energi gelombang pendek diubah. Di bawah pengaruh sinar ini, medan magnet berubah, molekul pecah, ionisasi, pembentukan baru gas dan senyawa kimia lainnya terjadi. Proses ini dapat diamati dalam bentuk cahaya utara, kilat, dan cahaya lainnya.

Di stratosfer dan lapisan yang lebih tinggi, di bawah pengaruh radiasi matahari, molekul gas terdisosiasi - menjadi atom (di atas 80 km, CO 2 dan H 2 terdisosiasi, di atas 150 km - O 2, di atas 300 km - H 2). Pada ketinggian 100-400 km, ionisasi gas juga terjadi di ionosfer; pada ketinggian 320 km, konsentrasi partikel bermuatan (O + 2, O - 2, N + 2) adalah ~ 1/300 dari konsentrasi partikel netral. Di lapisan atas atmosfer terdapat radikal bebas - OH, HO 2, dll.

Hampir tidak ada uap air di stratosfer.

Mesosfer

Hingga ketinggian 100 km, atmosfer adalah campuran gas yang homogen dan tercampur dengan baik. Di lapisan yang lebih tinggi, distribusi gas di ketinggian tergantung pada massa molekulnya, konsentrasi gas yang lebih berat berkurang lebih cepat dengan jarak dari permukaan bumi. Karena penurunan densitas gas, suhu turun dari 0°С di stratosfer menjadi 110°С di mesosfer. Namun, energi kinetik partikel individu pada ketinggian 200–250 km sesuai dengan suhu ~1500 °C. Di atas 200 km, fluktuasi suhu dan kerapatan gas yang signifikan diamati dalam ruang dan waktu.

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

Troposfer menyumbang sekitar 80% dari massa atmosfer, stratosfer sekitar 20%; massa mesosfer tidak lebih dari 0,3%, termosfer kurang dari 0,05% dari total massa atmosfer. Berdasarkan sifat kelistrikan di atmosfer, neutrosfer dan ionosfer dibedakan. Saat ini diyakini bahwa atmosfer meluas ke ketinggian 2000-3000 km.

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

Sifat atmosfer

Sudah di ketinggian 5 km di atas permukaan laut, orang yang tidak terlatih mengembangkan kelaparan oksigen dan, tanpa adaptasi, kinerja seseorang berkurang secara signifikan. Di sinilah zona fisiologis atmosfer berakhir. Pernapasan manusia menjadi tidak mungkin pada ketinggian 15 km, meskipun hingga sekitar 115 km atmosfer mengandung oksigen.

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

Paru-paru manusia secara konstan mengandung sekitar 3 liter udara alveolus. Tekanan parsial oksigen dalam udara alveolus pada tekanan atmosfer normal adalah 110 mm Hg. Seni., tekanan karbon dioksida - 40 mm Hg. Seni., dan uap air 47 mm Hg. Seni. Dengan meningkatnya ketinggian, tekanan oksigen turun, dan tekanan total uap air dan karbon dioksida di paru-paru hampir konstan - sekitar 87 mm Hg. Seni. Aliran oksigen ke paru-paru akan benar-benar berhenti ketika tekanan udara di sekitarnya menjadi sama dengan nilai ini.

Pada ketinggian sekitar 19-20 km, tekanan atmosfer turun menjadi 47 mm Hg. Seni. Oleh karena itu, pada ketinggian ini, air dan cairan interstisial mulai mendidih di dalam tubuh manusia. Di luar kabin bertekanan pada ketinggian ini, kematian terjadi hampir seketika. Jadi, dari sudut pandang fisiologi manusia, "ruang" sudah dimulai pada ketinggian 15-19 km.

Lapisan udara yang padat - troposfer dan stratosfer - melindungi kita dari efek radiasi yang merusak. Dengan penguraian udara yang cukup, pada ketinggian lebih dari 36 km, radiasi pengion, sinar kosmik primer, memiliki efek yang kuat pada tubuh; pada ketinggian lebih dari 40 km, bagian ultraviolet dari spektrum matahari, yang berbahaya bagi manusia, beroperasi.

Cangkang udara yang mengelilingi planet kita dan berputar bersamanya disebut atmosfer. Setengah dari total massa atmosfer terkonsentrasi di 5 km bawah, dan tiga perempat massa di 10 km bawah. Di atas, udara jauh lebih jarang, meskipun partikelnya ditemukan pada ketinggian 2000-3000 km di atas permukaan bumi.

Udara yang kita hirup adalah campuran gas. Sebagian besar mengandung nitrogen - 78% dan oksigen - 21%. Argon kurang dari 1% dan 0,03% adalah karbon dioksida. Banyak gas lain, seperti kripton, xenon, neon, helium, hidrogen, ozon, dan lainnya, membentuk seperseribu dan sepersejuta persen. Udara juga mengandung uap air, partikel berbagai zat, bakteri, serbuk sari dan debu kosmik.

Atmosfer terdiri dari beberapa lapisan. Lapisan bawah sampai ketinggian 10-15 km di atas permukaan bumi disebut troposfer. Ini memanas dari Bumi, sehingga suhu udara di sini dengan ketinggian turun 6 ° C per 1 kilometer pendakian. Hampir semua uap air berada di troposfer dan hampir semua awan terbentuk - perhatikan.. Ketinggian troposfer di atas garis lintang yang berbeda dari planet ini tidak sama. Itu naik hingga 9 km di atas kutub, hingga 10-12 km di atas garis lintang sedang, dan hingga 15 km di atas khatulistiwa. Proses yang terjadi di troposfer - pembentukan dan pergerakan massa udara, pembentukan siklon dan antisiklon, munculnya awan dan curah hujan - menentukan cuaca dan iklim di dekat permukaan bumi.

Di atas troposfer adalah stratosfer, yang membentang hingga 50-55 km. Troposfer dan stratosfer dipisahkan oleh lapisan transisi yang disebut tropopause, setebal 1-2 km. Di stratosfer pada ketinggian sekitar 25 km, suhu udara secara bertahap mulai naik dan mencapai +10 +30 °С pada 50 km. Peningkatan suhu seperti itu disebabkan oleh fakta bahwa ada lapisan ozon di stratosfer pada ketinggian 25-30 km. Di permukaan bumi, kandungannya di udara dapat diabaikan, dan pada ketinggian yang tinggi, molekul oksigen diatomik menyerap radiasi matahari ultraviolet, membentuk molekul ozon triatomik.

Jika ozon terletak di lapisan bawah atmosfer, pada ketinggian dengan tekanan normal, ketebalan lapisannya hanya 3 mm. Tetapi bahkan dalam jumlah yang begitu kecil, ia memainkan peran yang sangat penting: ia menyerap sebagian dari radiasi matahari yang berbahaya bagi organisme hidup.

Di atas stratosfer, hingga sekitar 80 km, mesosfer meluas, di mana suhu udara turun dengan ketinggian hingga beberapa puluh derajat di bawah nol.

Bagian atas atmosfer ditandai oleh suhu yang sangat tinggi dan disebut termosfer - perhatikan .. Ini dibagi menjadi dua bagian - ionosfer - hingga ketinggian sekitar 1000 km, di mana udara sangat terionisasi, dan eksosfer - lebih dari 1000 km. Di ionosfer, molekul gas atmosfer menyerap radiasi ultraviolet dari Matahari, dan atom bermuatan dan elektron bebas terbentuk. Aurora diamati di ionosfer.

Atmosfer memainkan peran yang sangat penting dalam kehidupan planet kita. Ini melindungi Bumi dari pemanasan yang kuat oleh sinar matahari di siang hari dan dari hipotermia di malam hari. Sebagian besar meteorit terbakar di lapisan atmosfer sebelum mencapai permukaan planet. Atmosfer mengandung oksigen, yang diperlukan untuk semua organisme, perisai ozon yang melindungi kehidupan di Bumi dari bagian destruktif radiasi ultraviolet Matahari.

SUASANA PLANET SISTEM SURYA

Atmosfer Merkurius sangat langka sehingga, bisa dikatakan, hampir tidak ada. Selubung udara Venus terdiri dari karbon dioksida (96%) dan nitrogen (sekitar 4%), sangat padat - tekanan atmosfer di dekat permukaan planet ini hampir 100 kali lebih besar daripada di Bumi. Atmosfer Mars juga sebagian besar terdiri dari karbon dioksida (95%) dan nitrogen (2,7%), tetapi kepadatannya sekitar 300 kali lebih kecil dari bumi, dan tekanannya hampir 100 kali lebih kecil. Permukaan Jupiter yang terlihat sebenarnya adalah lapisan atas atmosfer hidrogen-helium. Cangkang udara Saturnus dan Uranus memiliki komposisi yang sama. Warna biru Uranus yang indah disebabkan oleh tingginya konsentrasi metana di bagian atas atmosfernya - kira-kira .. Neptunus, diselimuti kabut hidrokarbon, memiliki dua lapisan utama awan: satu terdiri dari kristal metana beku, dan yang kedua, terletak di bawah, mengandung amonia dan hidrogen sulfida.

Atmosfer (dari bahasa Yunani lainnya - uap dan - bola) adalah cangkang gas (geosfer) yang mengelilingi planet Bumi. Permukaan dalamnya menutupi hidrosfer dan sebagian kerak bumi, sedangkan permukaan luarnya berbatasan dengan bagian luar angkasa yang dekat dengan Bumi.

Keseluruhan bagian fisika dan kimia yang mempelajari atmosfer biasa disebut fisika atmosfer. Atmosfer menentukan cuaca di permukaan bumi, meteorologi adalah studi tentang cuaca, dan klimatologi adalah studi tentang variasi iklim jangka panjang.

Properti fisik

Ketebalan atmosfer sekitar 120 km dari permukaan bumi. Massa total udara di atmosfer adalah (5.1-5.3) 1018 kg. Dari jumlah tersebut, massa udara kering adalah (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, massa total uap air rata-rata 1,27 1016 kg.

Massa molar udara kering bersih adalah 28,966 g/mol, kerapatan udara di dekat permukaan laut kira-kira 1,2 kg/m3. Tekanan pada 0 °C di permukaan laut adalah 101,325 kPa; suhu kritis - -140,7 ° C (~ 132,4 K); tekanan kritis - 3,7 MPa; Cp pada 0 °C - 1,0048 103 J/(kg K), Cv - 0,7159 103 J/(kg K) (pada 0 °C). Kelarutan udara dalam air (berdasarkan massa) pada 0 ° C - 0,0036%, pada 25 ° C - 0,0023%.

Untuk "kondisi normal" di permukaan bumi diambil: massa jenis 1,2 kg/m3, tekanan barometrik 101,35 kPa, suhu ditambah 20 °C dan kelembaban relatif 50%. Indikator bersyarat ini memiliki nilai rekayasa murni.

Komposisi kimia

Atmosfer bumi muncul sebagai akibat dari pelepasan gas selama letusan gunung berapi. Dengan munculnya lautan dan biosfer, itu juga terbentuk karena pertukaran gas dengan air, tumbuhan, hewan dan produk dekomposisi mereka di tanah dan rawa-rawa.

Saat ini, atmosfer bumi sebagian besar terdiri dari gas dan berbagai kotoran (debu, tetesan air, kristal es, garam laut, produk pembakaran).

Konsentrasi gas yang membentuk atmosfer hampir konstan, kecuali air (H2O) dan karbon dioksida (CO2).

Komposisi udara kering

Nitrogen
Oksigen
Argon
Air
Karbon dioksida
Neon
Helium
metana
kripton
Hidrogen
Xenon
Dinitrogen oksida

Selain gas-gas yang tercantum dalam tabel, atmosfer mengandung SO2, NH3, CO, ozon, hidrokarbon, HCl, HF, uap Hg, I2, serta NO dan banyak gas lainnya dalam jumlah kecil. Di troposfer selalu ada sejumlah besar partikel padat dan cair tersuspensi (aerosol).

Struktur atmosfer

Troposfer

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

tropopause

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

Stratosfir

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

Stratopause

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

Mesosfer

Mesosfer dimulai pada ketinggian 50 km dan memanjang hingga 80-90 km. Suhu menurun dengan ketinggian dengan gradien vertikal rata-rata (0,25-0,3) °/100 m Proses energi utama adalah perpindahan panas radiasi. Proses fotokimia kompleks yang melibatkan radikal bebas, molekul yang tereksitasi secara vibrasi, dll., menyebabkan pendaran atmosfer.

mesopause

Lapisan peralihan antara mesosfer dan termosfer. Ada minimum dalam distribusi suhu vertikal (sekitar -90 °C).

Garis Karman

Ketinggian di atas permukaan laut, yang secara konvensional diterima sebagai batas antara atmosfer bumi dan ruang angkasa. Menurut definisi FAI, Garis Karman berada pada ketinggian 100 km di atas permukaan laut.

Batas atmosfer bumi

Termosfer

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

Termopause

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

Eksosfer (bola hamburan)

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

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

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

Troposfer menyumbang sekitar 80% dari massa atmosfer, stratosfer menyumbang sekitar 20%; massa mesosfer tidak lebih dari 0,3%, termosfer kurang dari 0,05% dari total massa atmosfer. Berdasarkan sifat kelistrikan di atmosfer, neutrosfer dan ionosfer dibedakan. Saat ini diyakini bahwa atmosfer meluas ke ketinggian 2000-3000 km.

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

Sifat lain dari atmosfer dan efeknya pada tubuh manusia

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

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

Paru-paru manusia secara konstan mengandung sekitar 3 liter udara alveolus. Tekanan parsial oksigen dalam udara alveolus pada tekanan atmosfer normal adalah 110 mm Hg. Seni., tekanan karbon dioksida - 40 mm Hg. Seni., dan uap air - 47 mm Hg. Seni. Dengan meningkatnya ketinggian, tekanan oksigen turun, dan tekanan total uap air dan karbon dioksida di paru-paru hampir konstan - sekitar 87 mm Hg. Seni. Aliran oksigen ke paru-paru akan benar-benar berhenti ketika tekanan udara di sekitarnya menjadi sama dengan nilai ini.

Pada ketinggian sekitar 19-20 km, tekanan atmosfer turun menjadi 47 mm Hg. Seni. Oleh karena itu, pada ketinggian ini, air dan cairan interstisial mulai mendidih di dalam tubuh manusia. Di luar kabin bertekanan pada ketinggian ini, kematian terjadi hampir seketika. Jadi, dari sudut pandang fisiologi manusia, "ruang" sudah dimulai pada ketinggian 15-19 km.

Lapisan udara yang padat - troposfer dan stratosfer - melindungi kita dari efek radiasi yang merusak. Dengan penguraian udara yang cukup, pada ketinggian lebih dari 36 km, radiasi pengion, sinar kosmik primer, memiliki efek yang kuat pada tubuh; pada ketinggian lebih dari 40 km, bagian ultraviolet dari spektrum matahari, yang berbahaya bagi manusia, beroperasi.

Saat kita naik ke ketinggian yang lebih tinggi di atas permukaan bumi, fenomena seperti itu yang kita kenal diamati di lapisan atmosfer yang lebih rendah, seperti perambatan suara, terjadinya gaya angkat dan tarik aerodinamis, perpindahan panas secara konveksi, dll. ., secara bertahap melemah, dan kemudian benar-benar hilang.

Di lapisan udara yang dijernihkan, perambatan suara tidak mungkin dilakukan. Hingga ketinggian 60-90 km, masih dimungkinkan untuk menggunakan hambatan udara dan lift untuk penerbangan aerodinamis yang terkontrol. Tetapi mulai dari ketinggian 100-130 km, konsep angka M dan penghalang suara yang akrab bagi setiap pilot kehilangan maknanya: ada garis Karman bersyarat, di luarnya dimulai area penerbangan balistik murni, yang hanya dapat dikendalikan dengan menggunakan gaya reaktif.

Pada ketinggian di atas 100 km, atmosfer juga kehilangan properti luar biasa lainnya - kemampuan untuk menyerap, menghantarkan, dan mentransfer energi panas secara konveksi (yaitu, melalui pencampuran udara). Ini berarti bahwa berbagai elemen peralatan, peralatan stasiun ruang angkasa orbital tidak akan dapat didinginkan dari luar seperti yang biasanya dilakukan di pesawat terbang - dengan bantuan jet udara dan radiator udara. Pada ketinggian ini, serta di ruang angkasa pada umumnya, satu-satunya cara untuk mentransfer panas adalah radiasi termal.

Sejarah terbentuknya atmosfer

Menurut teori yang paling umum, atmosfer bumi telah berada dalam tiga komposisi yang berbeda dari waktu ke waktu. Awalnya, itu terdiri dari gas ringan (hidrogen dan helium) yang ditangkap dari ruang antarplanet. Inilah yang disebut atmosfer primer (sekitar empat miliar tahun yang lalu). Pada tahap selanjutnya, aktivitas vulkanik aktif menyebabkan kejenuhan atmosfer dengan gas selain hidrogen (karbon dioksida, amonia, uap air). Ini adalah bagaimana atmosfer sekunder terbentuk (sekitar tiga miliar tahun hingga saat ini). Suasana ini memulihkan. Selanjutnya, proses pembentukan atmosfer ditentukan oleh faktor-faktor berikut:

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

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

Nitrogen

Pembentukan sejumlah besar nitrogen N2 disebabkan oleh oksidasi atmosfer amonia-hidrogen oleh molekul oksigen O2, yang mulai muncul dari permukaan planet sebagai hasil fotosintesis, mulai dari 3 miliar tahun yang lalu. Nitrogen N2 juga dilepaskan ke atmosfer sebagai akibat dari denitrifikasi nitrat dan senyawa yang mengandung nitrogen lainnya. Nitrogen dioksidasi oleh ozon menjadi NO di atmosfer bagian atas.

Nitrogen N2 masuk ke dalam reaksi hanya dalam kondisi tertentu (misalnya, selama pelepasan petir). Oksidasi molekul nitrogen oleh ozon selama pelepasan listrik digunakan dalam jumlah kecil dalam produksi industri pupuk nitrogen. Hal ini dapat dioksidasi dengan konsumsi energi yang rendah dan diubah menjadi bentuk biologis aktif oleh cyanobacteria (ganggang biru-hijau) dan bakteri bintil yang membentuk simbiosis rhizobium dengan kacang-kacangan, yang disebut. pupuk hijau.

Oksigen

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

Selama Fanerozoikum, komposisi atmosfer dan kandungan oksigen mengalami perubahan. Mereka berkorelasi terutama dengan laju pengendapan batuan sedimen organik. Jadi, selama periode akumulasi batubara, kandungan oksigen di atmosfer, tampaknya, secara nyata melebihi tingkat modern.

Karbon dioksida

Kandungan CO2 di atmosfer tergantung pada aktivitas gunung berapi dan proses kimia di kulit bumi, tetapi yang terpenting - pada intensitas biosintesis dan dekomposisi bahan organik di biosfer bumi. Hampir seluruh biomassa planet saat ini (sekitar 2,4 1012 ton) terbentuk karena karbon dioksida, nitrogen, dan uap air yang terkandung di udara atmosfer. Terkubur di laut, di rawa-rawa dan di hutan, bahan organik berubah menjadi batu bara, minyak dan gas alam.

gas mulia

Sumber gas inert - argon, helium dan kripton - adalah letusan gunung berapi dan peluruhan unsur radioaktif. Bumi secara keseluruhan dan atmosfer khususnya habis dalam gas inert dibandingkan dengan ruang. Diyakini bahwa alasannya terletak pada kebocoran gas yang terus menerus ke ruang antarplanet.

Polusi udara

Baru-baru ini, manusia mulai mempengaruhi evolusi atmosfer. Hasil dari kegiatannya adalah peningkatan konstan dalam kandungan karbon dioksida di atmosfer karena pembakaran bahan bakar hidrokarbon yang terakumulasi dalam zaman geologis sebelumnya. Sejumlah besar CO2 dikonsumsi selama fotosintesis dan diserap oleh lautan dunia. Gas ini masuk ke atmosfer karena dekomposisi batuan karbonat dan zat organik yang berasal dari tumbuhan dan hewan, serta karena aktivitas vulkanisme dan produksi manusia. Selama 100 tahun terakhir, kandungan CO2 di atmosfer telah meningkat 10%, dengan bagian utama (360 miliar ton) berasal dari pembakaran bahan bakar. Jika laju pertumbuhan pembakaran bahan bakar terus berlanjut, maka dalam 200-300 tahun mendatang jumlah CO2 di atmosfer akan berlipat ganda dan dapat menyebabkan perubahan iklim global.

Pembakaran bahan bakar merupakan sumber utama gas pencemar (CO, NO, SO2). Sulfur dioksida dioksidasi oleh oksigen atmosfer menjadi SO3, dan oksida nitrat menjadi NO2 di atmosfer bagian atas, yang selanjutnya berinteraksi dengan uap air, dan asam sulfat H2SO4 dan asam nitrat HNO3 yang dihasilkan jatuh ke permukaan bumi dalam bentuk ditelepon. hujan asam. Penggunaan mesin pembakaran internal menyebabkan polusi udara yang signifikan dengan nitrogen oksida, hidrokarbon dan senyawa timbal (tetraetil timbal) Pb(CH3CH2)4.

Pencemaran aerosol di atmosfer disebabkan baik oleh penyebab alami (letusan gunung berapi, badai debu, terbawanya tetesan air laut dan serbuk sari tanaman, dll.) maupun oleh aktivitas ekonomi manusia (penambangan bijih dan bahan bangunan, pembakaran bahan bakar, produksi semen, dll.) .). Penghapusan partikel padat dalam skala besar yang intens ke atmosfer adalah salah satu kemungkinan penyebab perubahan iklim di planet ini.

(Dikunjungi 274 kali, 1 kunjungan hari ini)