A atmosfera é uma mistura de vários gases. Estende-se desde a superfície da Terra até uma altura de até 900 km, protegendo o planeta do espectro nocivo da radiação solar, e contém gases necessários para toda a vida no planeta. A atmosfera retém o calor do sol, aquecendo perto da superfície da Terra e criando um clima favorável.

Composição da atmosfera

A atmosfera da Terra consiste principalmente de dois gases - nitrogênio (78%) e oxigênio (21%). Além disso, contém impurezas de dióxido de carbono e outros gases. na atmosfera existe na forma de vapor, gotas de umidade nas nuvens e cristais de gelo.

Camadas da atmosfera

A atmosfera consiste em muitas camadas, entre as quais não há limites claros. As temperaturas das diferentes camadas diferem marcadamente umas das outras.

magnetosfera sem ar. A maioria dos satélites da Terra voa aqui fora atmosfera da Terra. Exosfera (450-500 km da superfície). Quase não contém gases. Alguns satélites meteorológicos voam na exosfera. A termosfera (80-450 km) é caracterizada por altas temperaturas atingindo 1700°C na camada superior. Mesosfera (50-80 km). Nesta esfera, a temperatura cai à medida que a altitude aumenta. É aqui que a maioria dos meteoritos (fragmentos de rochas espaciais) que entram na atmosfera são queimados. Estratosfera (15-50 km). Contém uma camada de ozônio, ou seja, uma camada de ozônio que absorve a radiação ultravioleta do sol. Isso leva a um aumento da temperatura perto da superfície da Terra. Aviões a jato costumam voar aqui, pois a visibilidade nesta camada é muito boa e quase não há interferência causada pelas condições climáticas. Troposfera. A altura varia de 8 a 15 km da superfície da Terra. É aqui que se forma o clima do planeta, pois em esta camada contém mais vapor de água, poeira e ventos. A temperatura diminui com a distância da superfície da Terra.

Pressão atmosférica

Embora não o sintamos, as camadas da atmosfera exercem pressão sobre a superfície da Terra. O mais alto está perto da superfície e, à medida que você se afasta, diminui gradualmente. Depende da diferença de temperatura entre a terra e o oceano e, portanto, em áreas localizadas na mesma altura acima do nível do mar, geralmente há uma pressão diferente. A baixa pressão traz o clima úmido, enquanto a alta pressão geralmente define o clima claro.

O movimento das massas de ar na atmosfera

E as pressões fazem com que a atmosfera inferior se misture. Isso cria ventos que sopram de áreas de alta pressão para áreas de baixa pressão. Em muitas regiões, também ocorrem ventos locais, causados ​​por diferenças nas temperaturas da terra e do mar. As montanhas também têm uma influência significativa na direção dos ventos.

Efeito estufa

O dióxido de carbono e outros gases na atmosfera terrestre retêm o calor do sol. Esse processo é comumente chamado de efeito estufa, pois é em muitos aspectos semelhante à circulação de calor em estufas. O efeito estufa provoca o aquecimento global do planeta. Em áreas de alta pressão - anticiclones - um claro solar é estabelecido. Em áreas de baixa pressão - ciclones - o clima costuma ser instável. Calor e luz entrando na atmosfera. Os gases retêm o calor refletido da superfície da Terra, fazendo com que a temperatura na Terra suba.

Existe uma camada especial de ozônio na estratosfera. O ozônio atrasa mais radiação ultravioleta Sol, protegendo a Terra e toda a vida nela. Os cientistas descobriram que a causa da destruição da camada de ozônio são gases especiais de dióxido de clorofluorocarbono contidos em alguns aerossóis e equipamentos de refrigeração. Sobre o Ártico e a Antártida, enormes buracos foram encontrados na camada de ozônio, contribuindo para um aumento na quantidade de radiação ultravioleta que afeta a superfície da Terra.

O ozônio é formado na baixa atmosfera como resultado entre a radiação solar e vários gases e gases de exaustão. Normalmente, ele se dispersa pela atmosfera, mas se uma camada fechada de ar frio se forma sob uma camada de ar quente, o ozônio se concentra e ocorre o smog. Infelizmente, isso não pode compensar a perda de ozônio nos buracos de ozônio.

A imagem de satélite mostra claramente um buraco na camada de ozônio sobre a Antártida. O tamanho do buraco varia, mas os cientistas acreditam que está aumentando constantemente. Estão a ser feitas tentativas para reduzir o nível de gases de escape na atmosfera. Reduzir a poluição do ar e usar combustíveis sem fumaça nas cidades. O smog causa irritação nos olhos e asfixia em muitas pessoas.

O surgimento e evolução da atmosfera da Terra

A atmosfera moderna da Terra é o resultado de um longo desenvolvimento evolutivo. Surgiu como resultado da ação conjunta de fatores geológicos e da atividade vital dos organismos. Por todo história geológica a atmosfera da Terra passou por vários rearranjos profundos. Com base em dados geológicos e teóricos (pré-requisitos), a atmosfera primordial da jovem Terra, que existia há cerca de 4 bilhões de anos, poderia consistir em uma mistura de gases inertes e nobres com uma pequena adição de nitrogênio passivo (N. A. Yasamanov, 1985). ; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993. Atualmente, a visão sobre a composição e estrutura da atmosfera primitiva mudou um pouco. A atmosfera primária (protoatmosfera) está no estágio protoplanetário inicial. 4,2 bilhões de anos. , pode consistir em uma mistura de metano, amônia e dióxido de carbono. Como resultado da desgaseificação do manto e fluindo na superfície da terra processos ativos intemperismo, vapor de água, compostos de carbono na forma de CO 2 e CO, enxofre e seus compostos, bem como ácidos de halogênio fortes - HCI, HF, HI e ácido bórico, que foram suplementados por metano, amônia, hidrogênio, argônio e alguns outros gases nobres. Essa atmosfera primordial era extremamente fina. Portanto, a temperatura próxima à superfície da Terra estava próxima da temperatura de equilíbrio radiativo (AS Monin, 1977).

Com o tempo, a composição gasosa da atmosfera primária começou a se transformar sob a influência do intemperismo das rochas que se projetavam na superfície terrestre, da atividade vital de cianobactérias e algas verde-azuladas, dos processos vulcânicos e da ação da luz solar. Isso levou à decomposição do metano em dióxido de carbono, amônia - em nitrogênio e hidrogênio; dióxido de carbono começou a se acumular na atmosfera secundária, que desceu lentamente para a superfície da terra, e nitrogênio. Graças à atividade vital das algas verde-azuladas, o oxigênio começou a ser produzido no processo de fotossíntese, que, no entanto, no início era gasto principalmente na “oxidação de gases atmosféricos e depois nas rochas. Ao mesmo tempo, a amônia, oxidada em nitrogênio molecular, começou a se acumular intensamente na atmosfera. Como esperado, uma quantidade significativa de nitrogênio atmosfera modernaé relíquia. Metano e monóxido de carbono foram oxidados a dióxido de carbono. O enxofre e o sulfeto de hidrogênio foram oxidados a SO 2 e SO 3, que, devido à sua alta mobilidade e leveza, foram rapidamente removidos da atmosfera. Assim, a atmosfera de redutora, como era no Arqueano e no início do Proterozóico, gradualmente se transformou em oxidante.

O dióxido de carbono entrou na atmosfera como resultado da oxidação do metano e como resultado da desgaseificação do manto e intemperismo das rochas. Caso todo o dióxido de carbono liberado ao longo de toda a história da Terra permanecesse na atmosfera, sua pressão parcial poderia se tornar a mesma de Vênus (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Mas na Terra, o processo foi invertido. Parte significativa do dióxido de carbono da atmosfera foi dissolvida na hidrosfera, na qual foi utilizada por organismos aquáticos para construir suas conchas e convertida biogenicamente em carbonatos. Posteriormente, os estratos mais poderosos de carbonatos quimiogênicos e organogênicos foram formados a partir deles.

O oxigênio foi fornecido à atmosfera a partir de três fontes. Por muito tempo, a partir do momento da formação da Terra, foi liberado no processo de desgaseificação do manto e foi gasto principalmente em processos oxidativos, Outra fonte de oxigênio foi a fotodissociação do vapor d'água pela radiação solar ultravioleta forte. aparências; o oxigênio livre na atmosfera levou à morte da maioria dos procariontes que viviam em condições redutoras. Organismos procariontes mudaram seus habitats. Eles deixaram a superfície da Terra em suas profundezas e regiões onde as condições redutoras ainda eram preservadas. Eles foram substituídos por eucariotos, que começaram a processar vigorosamente o dióxido de carbono em oxigênio.

Durante o Arqueano e uma parte significativa do Proterozóico, quase todo o oxigênio, oriundo tanto abiogenicamente quanto biogenicamente, foi gasto principalmente na oxidação de ferro e enxofre. No final do Proterozóico, todo o ferro bivalente metálico que estava na superfície da Terra se oxidou ou se moveu para o núcleo da Terra. Isso levou ao fato de que a pressão parcial de oxigênio na atmosfera proterozóica inicial mudou.

Em meados do Proterozóico, a concentração de oxigênio na atmosfera atingiu o ponto Urey e atingiu 0,01% do nível atual. A partir dessa época, o oxigênio começou a se acumular na atmosfera e, provavelmente, já no final do Rifeu, seu teor atingiu o ponto de Pasteur (0,1% do nível atual). É possível que a camada de ozônio tenha surgido no período vendiano e nunca tenha desaparecido.

O surgimento do oxigênio livre na atmosfera terrestre estimulou a evolução da vida e levou ao surgimento de novas formas com metabolismo mais perfeito. Se previamente eucariótico algas unicelulares e cianetos, que apareceram no início do Proterozóico, exigiam um teor de oxigênio na água de apenas 10 -3 de sua concentração moderna, então com o surgimento de Metazoa esqueléticos no final do início da Vendian, ou seja, cerca de 650 milhões de anos atrás , a concentração de oxigênio na atmosfera deveria ser significativamente maior. Afinal, Metazoa usava respiração de oxigênio e, para isso, era necessário que a pressão parcial de oxigênio atingisse um nível crítico - o ponto de Pasteur. Neste caso, o processo de fermentação anaeróbica foi substituído por um metabolismo de oxigênio energeticamente mais promissor e progressivo.

Depois disso, o acúmulo de oxigênio na atmosfera da Terra ocorreu muito rapidamente. O aumento progressivo do volume de algas verde-azuladas contribuiu para a obtenção na atmosfera do nível de oxigênio necessário para a manutenção da vida do mundo animal. Uma certa estabilização do teor de oxigênio na atmosfera ocorreu desde o momento em que as plantas chegaram à terra – cerca de 450 milhões de anos atrás. O surgimento de plantas em terra, ocorrido no período Siluriano, levou à estabilização final do nível de oxigênio na atmosfera. Desde então, sua concentração começou a flutuar dentro de limites bastante estreitos, nunca ultrapassando a existência da vida. A concentração de oxigênio na atmosfera se estabilizou completamente desde o aparecimento das plantas com flores. Este evento ocorreu no meio do período Cretáceo, ou seja, cerca de 100 milhões de anos atrás.

A maior parte do nitrogênio foi formada nos estágios iniciais do desenvolvimento da Terra, principalmente devido à decomposição da amônia. Com o advento dos organismos, iniciou-se o processo de ligar o nitrogênio atmosférico à matéria orgânica e enterrá-lo em sedimentos marinhos. Após a liberação de organismos em terra, o nitrogênio começou a ser enterrado em sedimentos continentais. Os processos de processamento do nitrogênio livre foram especialmente intensificados com o advento das plantas terrestres.

Na virada do Criptozóico e Fanerozóico, ou seja, cerca de 650 milhões de anos atrás, o teor de dióxido de carbono na atmosfera diminuiu para décimos de por cento, e o teor próximo a Estado da arte, atingiu apenas muito recentemente, cerca de 10-20 milhões de anos atrás.

Assim, a composição gasosa da atmosfera não apenas forneceu espaço vital para os organismos, mas também determinou as características de sua atividade vital, promoveu o assentamento e a evolução. As falhas resultantes na distribuição da composição gasosa da atmosfera favorável aos organismos, tanto por causas cósmicas quanto planetárias, levaram a extinções em massa do mundo orgânico, que ocorreram repetidamente durante o Criptozóico e em certos marcos da história Fanerozóica.

Funções etnosféricas da atmosfera

A atmosfera da Terra fornece a substância necessária, a energia e determina a direção e a velocidade dos processos metabólicos. A composição gasosa da atmosfera moderna é ideal para a existência e desenvolvimento da vida. Como área de formação de clima e clima, a atmosfera deve criar condições confortáveis ​​para a vida de pessoas, animais e vegetação. Desvios em uma direção ou outra na qualidade do ar atmosférico e nas condições climáticas criam condições extremas para a vida do mundo animal e vegetal, incluindo os humanos.

A atmosfera da Terra não fornece apenas as condições para a existência da humanidade, sendo o principal fator na evolução da etnosfera. Ao mesmo tempo, revela-se um recurso energético e de matéria-prima para a produção. Em geral, a atmosfera é um fator que preserva a saúde humana, e algumas áreas, devido às condições físicas e geográficas e qualidade do ar atmosférico, servem áreas de lazer e são áreas destinadas ao tratamento sanatório e recreação das pessoas. Assim, a atmosfera é um fator de impacto estético e emocional.

As funções etnosféricas e tecnosféricas da atmosfera, determinadas muito recentemente (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), precisam de um estudo independente e aprofundado. Assim, o estudo das funções energéticas atmosféricas é muito relevante tanto do ponto de vista da ocorrência e operação de processos que danificam o meio ambiente, quanto do ponto de vista do impacto na saúde e bem-estar humano. Nesse caso nós estamos falando sobre a energia de ciclones e anticiclones, vórtices atmosféricos, pressão atmosférica e outros fenômenos atmosféricos extremos, uso eficaz que contribuirá para a solução bem sucedida do problema de obtenção de fontes alternativas de energia não poluentes. Afinal, o ambiente aéreo, especialmente a parte dele que está localizada acima do Oceano Mundial, é uma área de liberação de uma quantidade colossal de energia livre.

Por exemplo, foi estabelecido que ciclones tropicais de força média liberam energia equivalente à energia de 500.000 bombas atômicas lançadas sobre Hiroshima e Nagasaki em apenas um dia. Para 10 dias da existência de tal ciclone, é liberada energia suficiente para atender todas as necessidades energéticas de um país como os Estados Unidos por 600 anos.

NO últimos anos um grande número de trabalhos de cientistas das ciências naturais foram publicados, de uma forma ou de outra relacionados lados diferentes atividade e a influência da atmosfera nos processos terrestres, o que indica a ativação de interações interdisciplinares na ciência natural moderna. Ao mesmo tempo, manifesta-se o papel integrador de algumas de suas direções, entre as quais cabe destacar a direção funcional-ecológica em geoecologia.

Essa direção estimula a análise e generalização teórica sobre as funções ecológicas e o papel planetário de várias geosferas, e isso, por sua vez, é um pré-requisito importante desenvolver metodologia e fundamentos científicos estudo holístico do nosso planeta, uso racional e proteção de seus recursos naturais.

A atmosfera da Terra consiste em várias camadas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera, ionosfera e exosfera. Na parte superior da troposfera e na parte inferior da estratosfera existe uma camada enriquecida com ozônio, chamada de camada de ozônio. Certas regularidades (diárias, sazonais, anuais, etc.) na distribuição do ozônio foram estabelecidas. Desde a sua criação, a atmosfera influenciou o curso dos processos planetários. A composição primária da atmosfera era completamente diferente da atual, mas ao longo do tempo a proporção e o papel do nitrogênio molecular aumentaram constantemente, cerca de 650 milhões de anos atrás apareceu o oxigênio livre, cuja quantidade aumentou continuamente, mas a concentração de dióxido de carbono diminuiu de acordo . A alta mobilidade da atmosfera, sua composição gasosa e a presença de aerossóis determinam seu papel de destaque e participação ativa em diversos processos geológicos e biosféricos. O papel da atmosfera na redistribuição da energia solar e no desenvolvimento de fenômenos naturais catastróficos e desastres é grande. Impacto negativo no mundo orgânico e sistemas naturais turbilhões atmosféricos - tornados (tornados), furacões, tufões, ciclones e outros fenômenos. As principais fontes de poluição, juntamente com os fatores naturais, são várias formas de atividade econômica humana. Os impactos antropogênicos na atmosfera se expressam não apenas no aparecimento de diversos aerossóis e gases de efeito estufa, mas em um aumento na quantidade de vapor de água, e aparecem na forma de smog e chuva ácida. Os gases de efeito estufa estão mudando regime de temperatura Na superfície da Terra, as emissões de determinados gases reduzem o volume da camada de ozônio e contribuem para a formação de buracos de ozônio. O papel etnosférico da atmosfera da Terra é grande.

O papel da atmosfera nos processos naturais

A atmosfera superficial em seu estado intermediário entre a litosfera e o espaço sideral e sua composição gasosa criam condições para a vida dos organismos. Ao mesmo tempo, o intemperismo e a intensidade da destruição das rochas, a transferência e o acúmulo de material detrítico dependem da quantidade, natureza e frequência da precipitação, da frequência e força dos ventos e especialmente da temperatura do ar. A atmosfera é o componente central do sistema climático. Temperatura e umidade do ar, nebulosidade e precipitação, vento - tudo isso caracteriza o clima, ou seja, o estado em constante mudança da atmosfera. Ao mesmo tempo, esses mesmos componentes também caracterizam o clima, ou seja, o regime climático médio de longo prazo.

A composição dos gases, a presença de nuvens e várias impurezas, que são chamadas de partículas de aerossol (cinzas, poeira, partículas de vapor de água), determinam as características da passagem radiação solar pela atmosfera e evitar cuidados radiação térmica Terra para o espaço sideral.

A atmosfera da Terra é muito móvel. Os processos que surgem nele e as mudanças em sua composição gasosa, espessura, nebulosidade, transparência e a presença de certas partículas de aerossol nele afetam tanto o clima quanto o clima.

A ação e a direção dos processos naturais, assim como a vida e a atividade na Terra, são determinadas pela radiação solar. Dá 99,98% do calor que chega à superfície da Terra. Anualmente faz 134*1019 kcal. Essa quantidade de calor pode ser obtida queimando 200 bilhões de toneladas de carvão. Existem reservas suficientes de hidrogênio, o que cria esse fluxo de energia termonuclear na massa do Sol, de acordo com pelo menos, por mais 10 bilhões de anos, ou seja, por um período duas vezes maior que o nosso próprio planeta e existir.

Cerca de 1/3 da quantidade total de energia solar que entra no limite superior da atmosfera é refletida de volta ao espaço mundial, 13% é absorvida pela camada de ozônio (incluindo quase toda a radiação ultravioleta). 7% - o resto da atmosfera e apenas 44% atinge a superfície da Terra. A radiação solar total que atinge a Terra em um dia é igual à energia que a humanidade recebeu como resultado da queima de todos os tipos de combustível no último milênio.

A quantidade e a natureza da distribuição da radiação solar na superfície da Terra dependem intimamente da nebulosidade e transparência da atmosfera. Pela quantidade radiação espalhada influenciam a altura do Sol acima do horizonte, a transparência da atmosfera, o teor de vapor de água, poeira, total dióxido de carbono, etc

A quantidade máxima de radiação espalhada cai nas regiões polares. Quanto mais baixo o Sol estiver acima do horizonte, menos calor entra em uma determinada área.

A transparência atmosférica e a nebulosidade são de grande importância. Em um dia nublado de verão, geralmente é mais frio do que em um claro, pois as nuvens diurnas impedem o aquecimento da superfície da Terra.

O teor de poeira da atmosfera desempenha um papel importante na distribuição de calor. As partículas sólidas finamente dispersas de poeira e cinzas, que afetam sua transparência, afetam negativamente a distribuição da radiação solar, a maior parte da qual é refletida. As partículas finas entram na atmosfera de duas maneiras: ou são cinzas emitidas durante erupções vulcânicas, ou poeira do deserto transportada por ventos de regiões tropicais e subtropicais áridas. Especialmente muita poeira é formada durante as secas, quando é transportada para as camadas superiores da atmosfera por correntes de ar quente e pode permanecer lá por um longo tempo. Após a erupção do vulcão Krakatoa em 1883, a poeira lançada dezenas de quilômetros na atmosfera permaneceu na estratosfera por cerca de 3 anos. Como resultado da erupção do vulcão El Chichon (México) em 1985, a poeira atingiu a Europa e, portanto, houve uma ligeira diminuição nas temperaturas da superfície.

A atmosfera da Terra contém uma quantidade variável de vapor de água. Em termos absolutos, em peso ou volume, sua quantidade varia de 2 a 5%.

O vapor de água, como o dióxido de carbono, aumenta o efeito estufa. Nas nuvens e neblinas que surgem na atmosfera, ocorrem processos físico-químicos peculiares.

A principal fonte de vapor de água na atmosfera é a superfície dos oceanos. Dela evapora anualmente uma camada de água de 95 a 110 cm de espessura, parte da umidade retorna ao oceano após a condensação e a outra é direcionada para os continentes pelas correntes de ar. Em regiões com clima variável e úmido, a precipitação umedece o solo e, em regiões úmidas, cria reservas de água subterrânea. Assim, a atmosfera é um acumulador de umidade e um reservatório de precipitação. e nevoeiros que se formam na atmosfera fornecem umidade à cobertura do solo e, assim, desempenham um papel decisivo no desenvolvimento do mundo animal e vegetal.

A umidade atmosférica é distribuída sobre a superfície da Terra devido à mobilidade da atmosfera. Possui um sistema muito complexo de distribuição de ventos e pressão. Devido ao fato de a atmosfera ser movimento contínuo, a natureza e a extensão da distribuição dos fluxos e da pressão do vento estão mudando o tempo todo. As escalas de circulação variam desde a micrometeorológica, com tamanho de apenas algumas centenas de metros, até a global, com tamanho de várias dezenas de milhares de quilômetros. Enormes vórtices atmosféricos estão envolvidos na criação de sistemas de correntes de ar em grande escala e determinam a circulação geral da atmosfera. Além disso, são fontes de fenômenos atmosféricos catastróficos.

A distribuição do tempo e das condições climáticas e o funcionamento da matéria viva dependem da pressão atmosférica. No caso de a pressão atmosférica flutuar dentro de pequenos limites, ela não desempenha um papel decisivo no bem-estar das pessoas e no comportamento dos animais e não afeta as funções fisiológicas das plantas. Como regra, fenômenos frontais e mudanças climáticas estão associados a mudanças de pressão.

A pressão atmosférica é de fundamental importância para a formação do vento, que, sendo um fator formador de relevo, tem o efeito mais forte sobre os animais e animais. mundo vegetal.

O vento é capaz de suprimir o crescimento das plantas e ao mesmo tempo promover a transferência de sementes. O papel do vento na formação do tempo e das condições climáticas é grande. Ele também atua como regulador das correntes marítimas. O vento como um dos fatores exógenos contribui para a erosão e deflação do material intemperizado em longas distâncias.

Papel ecológico e geológico dos processos atmosféricos

A diminuição da transparência da atmosfera devido ao aparecimento de partículas de aerossol e poeira sólida na mesma afeta a distribuição da radiação solar, aumentando o albedo ou refletividade. Várias reações químicas levam ao mesmo resultado, causando a decomposição do ozônio e a geração de nuvens "pérolas", constituídas de vapor d'água. As mudanças globais na refletividade, bem como as mudanças na composição dos gases da atmosfera, principalmente os gases de efeito estufa, são a causa das mudanças climáticas.

O aquecimento desigual, causando diferenças na pressão atmosférica em diferentes partes da superfície da Terra, leva à circulação atmosférica, que é marca troposfera. Quando há uma diferença de pressão, o ar corre de áreas de alta pressão para áreas de baixa pressão. Esses movimentos das massas de ar, juntamente com a umidade e a temperatura, determinam as principais características ecológicas e geológicas dos processos atmosféricos.

Dependendo da velocidade, o vento produz na superfície da Terra uma trabalho geológico. A uma velocidade de 10 m/s, sacode galhos grossos de árvores, recolhe e carrega poeira e areia fina; quebra galhos de árvores a uma velocidade de 20 m/s, carrega areia e cascalho; com velocidade de 30 m/s (tempestade) arranca telhados de casas, arranca árvores, quebra postes, move pedregulhos e carrega pedregulhos, e um furacão com velocidade de 40 m/s destrói casas, quebra e derruba postes de linhas de energia, arranca grandes árvores.

Tempestades e tornados (tornados) têm um grande impacto ambiental negativo com consequências catastróficas - vórtices atmosféricos que ocorrem na estação quente em poderosas frentes atmosféricas com velocidade de até 100 m/s. Squalls são turbilhões horizontais com velocidades de vento de furacão (até 60-80 m/s). Eles são frequentemente acompanhados por chuvas fortes e trovoadas que duram de alguns minutos a meia hora. As rajadas cobrem áreas de até 50 km de largura e percorrem uma distância de 200 a 250 km. Uma forte tempestade em Moscou e na região de Moscou em 1998 danificou os telhados de muitas casas e derrubou árvores.

Os tornados, chamados tornados na América do Norte, são poderosos redemoinhos atmosféricos em forma de funil, muitas vezes associados a nuvens de trovoada. São colunas de ar que se estreitam no meio com um diâmetro de várias dezenas a centenas de metros. O tornado tem a aparência de um funil, muito parecido com a tromba de um elefante, descendo das nuvens ou subindo da superfície da terra. Possuindo uma forte rarefação e alta velocidade de rotação, o tornado viaja até várias centenas de quilômetros, atraindo poeira, água de reservatórios e vários objetos. Tornados poderosos são acompanhados por trovoadas, chuva e têm grande poder destrutivo.

Os tornados raramente ocorrem em regiões subpolares ou equatoriais, onde está constantemente frio ou quente. Poucos tornados em oceano aberto. Os tornados ocorrem na Europa, Japão, Austrália, EUA e na Rússia são especialmente frequentes na região da Terra Negra Central, nas regiões de Moscou, Yaroslavl, Nizhny Novgorod e Ivanovo.

Tornados levantam e movem carros, casas, vagões, pontes. Tornados particularmente destrutivos (tornados) são observados nos Estados Unidos. De 450 a 1500 tornados são registrados anualmente, com uma média de cerca de 100 vítimas. Tornados são processos atmosféricos catastróficos de ação rápida. Eles são formados em apenas 20 a 30 minutos e seu tempo de existência é de 30 minutos. Portanto, é quase impossível prever a hora e o local de ocorrência dos tornados.

Outros vórtices atmosféricos destrutivos, mas de longo prazo, são os ciclones. Eles são formados devido a uma queda de pressão, o que, sob certas condições, contribui para a ocorrência rotunda correntes de ar. Os vórtices atmosféricos se originam em torno de poderosas correntes ascendentes de ar úmido e quente e giram em alta velocidade no sentido horário no hemisfério sul e no sentido anti-horário no hemisfério norte. Os ciclones, ao contrário dos tornados, originam-se sobre os oceanos e produzem suas ações destrutivas sobre os continentes. Os principais fatores destrutivos são ventos fortes, precipitação intensa na forma de neve, chuvas torrenciais, granizo e enchentes. Ventos com velocidades de 19 a 30 m / s formam uma tempestade, 30 a 35 m / s - uma tempestade e mais de 35 m / s - um furacão.

Os ciclones tropicais - furacões e tufões - têm uma largura média de várias centenas de quilômetros. A velocidade do vento dentro do ciclone atinge a força do furacão. Os ciclones tropicais duram de vários dias a várias semanas, movendo-se a uma velocidade de 50 a 200 km/h. Os ciclones de latitude média têm um diâmetro maior. Suas dimensões transversais variam de mil a vários milhares de quilômetros, a velocidade do vento é tempestuosa. Eles se movem no hemisfério norte a partir do oeste e são acompanhados por granizo e neve, que são catastróficos. Os ciclones e seus furacões e tufões associados são os maiores desastres naturais após as inundações em termos de número de vítimas e danos causados. Em áreas densamente povoadas da Ásia, o número de vítimas durante os furacões é medido em milhares. Em 1991, em Bangladesh, durante um furacão que provocou a formação de ondas do mar de 6 m de altura, 125 mil pessoas morreram. Tufões causam grandes danos aos Estados Unidos. Como resultado, dezenas e centenas de pessoas morrem. Na Europa Ocidental, os furacões causam menos danos.

As tempestades são consideradas um fenômeno atmosférico catastrófico. Eles ocorrem quando o ar quente e úmido sobe muito rapidamente. Na fronteira dos trópicos e cinturões subtropicais As tempestades ocorrem 90-100 dias por ano zona temperada por 10-30 dias. Em nosso país, o maior número de tempestades ocorre no norte do Cáucaso.

As tempestades geralmente duram menos de uma hora. Chuvas intensas, tempestades de granizo, relâmpagos, rajadas de vento e correntes de ar verticais representam um perigo particular. O risco de granizo é determinado pelo tamanho das pedras de granizo. No norte do Cáucaso, a massa de granizo chegou a 0,5 kg e, na Índia, foram observados granizos pesando 7 kg. As áreas mais perigosas em nosso país estão localizadas no norte do Cáucaso. Em julho de 1992, granizo danificou 18 aeronaves no aeroporto de Mineralnye Vody.

O relâmpago é um fenômeno climático perigoso. Eles matam pessoas, gado, causam incêndios, danificam a rede elétrica. Cerca de 10.000 pessoas morrem todos os anos devido a tempestades e suas consequências em todo o mundo. Além disso, em algumas partes da África, na França e nos Estados Unidos, o número de vítimas de raios é maior do que de outros fenômenos naturais. O dano econômico anual das tempestades nos Estados Unidos é de pelo menos US$ 700 milhões.

As secas são típicas das regiões de deserto, estepe e estepe florestal. A falta de precipitação provoca o ressecamento do solo, baixando o nível lençóis freáticos e em reservatórios até que estejam completamente secos. A deficiência de umidade leva à morte da vegetação e das culturas. As secas são especialmente severas na África, Oriente Próximo e Médio, Ásia Central e sul da América do Norte.

As secas alteram as condições de vida do homem, têm um impacto adverso no ambiente natural através de processos como a salinização do solo, ventos secos, tempestades de poeira, erosão do solo e incêndios florestais. Os incêndios são especialmente fortes durante a seca nas regiões de taiga, florestas tropicais e subtropicais e savanas.

As secas são processos de curto prazo que duram uma temporada. Quando as secas duram mais de duas estações, há uma ameaça de fome e mortalidade em massa. Normalmente, o efeito da seca se estende ao território de um ou mais países. Especialmente secas prolongadas com consequências trágicas ocorrem na região do Sahel da África.

Fenômenos atmosféricos como nevascas, chuvas fortes intermitentes e chuvas prolongadas prolongadas causam grandes danos. As quedas de neve causam avalanches maciças nas montanhas, e o rápido derretimento da neve caída e as chuvas pesadas prolongadas levam a inundações. Uma enorme massa de água caindo na superfície da terra, especialmente em áreas sem árvores, causa severa erosão da cobertura do solo. Há um crescimento intensivo de sistemas de ravina-viga. As inundações ocorrem como resultado de grandes inundações durante um período de forte precipitação ou inundações após um aquecimento súbito ou degelo da primavera e, portanto, são fenômenos atmosféricos de origem (discutidos no capítulo sobre o papel ecológico da hidrosfera).

Mudanças antropogênicas na atmosfera

Atualmente existem muitos várias fontes natureza antropogênica, causando poluição do ar e levando a graves violações do equilíbrio ecológico. Em termos de escala, duas fontes têm maior impacto na atmosfera: transporte e indústria. Em média, os transportes representam cerca de 60% do total poluição atmosférica, indústria - 15, energia térmica - 15, tecnologias para a destruição de resíduos domésticos e industriais - 10%.

O transporte, dependendo do combustível utilizado e dos tipos de agentes oxidantes, emite na atmosfera óxidos de nitrogênio, enxofre, óxidos e dióxidos de carbono, chumbo e seus compostos, fuligem, benzopireno (uma substância do grupo dos hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, que é um forte agente cancerígeno que causa câncer de pele).

A indústria emite dióxido de enxofre, óxidos e dióxidos de carbono, hidrocarbonetos, amônia, sulfeto de hidrogênio, ácido sulfúrico, fenol, cloro, flúor e outros compostos e produtos químicos. Mas a posição dominante entre as emissões (até 85%) é ocupada pela poeira.

Como resultado da poluição, a transparência da atmosfera muda, aerossóis, smog e chuvas ácidas aparecem nela.

Aerossóis são sistemas dispersos constituídos por partículas sólidas ou gotículas líquidas suspensas em um meio gasoso. O tamanho de partícula da fase dispersa é geralmente 10 -3 -10 -7 cm Dependendo da composição da fase dispersa, os aerossóis são divididos em dois grupos. Um inclui aerossóis que consistem em partículas sólidas dispersas em um meio gasoso, o segundo - aerossóis, que são uma mistura de fases gasosas e líquidas. Os primeiros são chamados de fumaça e o segundo - neblina. Os centros de condensação desempenham um papel importante no processo de sua formação. Cinzas vulcânicas, poeira cósmica, produtos de emissões industriais, várias bactérias, etc. atuam como núcleos de condensação.O número de possíveis fontes de núcleos de concentração está em constante crescimento. Assim, por exemplo, quando a grama seca é destruída pelo fogo em uma área de 4000 m 2, forma-se uma média de 11 * 10 22 núcleos de aerossol.

Os aerossóis se formaram desde a origem do nosso planeta e influenciaram condições naturais. No entanto, seu número e ações, equilibrados com a circulação geral de substâncias na natureza, não causaram mudanças ecológicas profundas. Fatores antropogênicos de sua formação deslocaram esse equilíbrio para sobrecargas biosféricas significativas. Essa característica foi especialmente pronunciada desde que a humanidade começou a usar aerossóis especialmente criados, tanto na forma de substâncias tóxicas quanto para proteção de plantas.

Os mais perigosos para a cobertura vegetal são os aerossóis de dióxido de enxofre, fluoreto de hidrogênio e nitrogênio. Quando em contato com a superfície molhada da folha, eles formam ácidos que têm um efeito prejudicial sobre os seres vivos. Névoas ácidas entram com o ar inalado órgãos respiratórios animais e humanos, afetam agressivamente as membranas mucosas. Alguns deles decompõem tecidos vivos e aerossóis radioativos causam câncer. Dentre isótopos radioativos O SG 90 é particularmente perigoso não apenas por causa de sua carcinogenicidade, mas também como um análogo do cálcio, substituindo-o nos ossos dos organismos, causando sua decomposição.

Durante explosões nucleares, nuvens de aerossóis radioativos se formam na atmosfera. Pequenas partículas com um raio de 1 - 10 mícrons caem não apenas nas camadas superiores da troposfera, mas também na estratosfera, na qual podem ser muito tempo. Nuvens de aerossol também são formadas durante a operação de reatores de plantas industriais que produzem combustível nuclear, bem como em decorrência de acidentes em usinas nucleares.

Smog é uma mistura de aerossóis com fases líquidas e sólidas dispersas que formam uma cortina de neblina sobre áreas industriais e grandes cidades.

Existem três tipos de smog: gelo, úmido e seco. A poluição do gelo é chamada do Alasca. Esta é uma combinação de poluentes gasosos com a adição de partículas empoeiradas e cristais de gelo que ocorrem quando as gotículas de neblina e o vapor dos sistemas de aquecimento congelam.

O smog úmido, ou smog do tipo Londres, às vezes é chamado de smog de inverno. É uma mistura de poluentes gasosos (principalmente dióxido de enxofre), partículas de poeira e gotículas de neblina. O pré-requisito meteorológico para o aparecimento do smog de inverno é o clima calmo, no qual uma camada de ar quente está localizada acima da camada superficial de ar frio (abaixo de 700 m). Ao mesmo tempo, não apenas a troca horizontal, mas também a vertical está ausente. Poluentes, que geralmente estão dispersos em camadas altas, neste caso se acumulam na camada superficial.

O smog seco ocorre durante o verão e é frequentemente chamado de smog do tipo LA. É uma mistura de ozônio, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio e vapores ácidos. Tal smog é formado como resultado da decomposição de poluentes pela radiação solar, especialmente sua parte ultravioleta. O pré-requisito meteorológico é a inversão atmosférica, que se expressa no aparecimento de uma camada de ar frio acima da quente. Geralmente levantado correntes quentes ar, gases e partículas sólidas se dispersam nas camadas frias superiores, mas neste caso se acumulam na camada de inversão. No processo de fotólise, os dióxidos de nitrogênio formados durante a combustão do combustível nos motores dos carros se decompõem:

NÃO 2 → NÃO + O

Então ocorre a síntese de ozônio:

O + O 2 + M → O 3 + M

NÃO + O → NÃO 2

Os processos de fotodissociação são acompanhados por um brilho amarelo-esverdeado.

Além disso, as reações ocorrem de acordo com o tipo: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, ou seja, ácido sulfúrico forte é formado.

Com uma mudança nas condições meteorológicas (aparecimento de vento ou mudança de umidade), o ar frio se dissipa e o smog desaparece.

A presença de carcinógenos no smog leva à insuficiência respiratória, irritação das membranas mucosas, distúrbios circulatórios, asfixia asmática e, muitas vezes, morte. O smog é especialmente perigoso para crianças pequenas.

A chuva ácida é a precipitação atmosférica acidificada por emissões industriais de óxidos de enxofre, óxidos de nitrogênio e vapores de ácido perclórico e cloro neles dissolvidos. No processo de queima de carvão e gás, a maior parte do enxofre nele contido, tanto na forma de óxido quanto em compostos com ferro, em particular em pirita, pirrotita, calcopirita, etc., se transforma em óxido de enxofre, que, juntamente com carbono dióxido de carbono é liberado na atmosfera. Quando o nitrogênio atmosférico e as emissões técnicas são combinados com o oxigênio, vários óxidos de nitrogênio são formados, e o volume de óxidos de nitrogênio formado depende da temperatura de combustão. A maior parte dos óxidos de nitrogênio ocorre durante a operação de veículos automotores e locomotivas a diesel, e uma parte menor ocorre no setor de energia e empresas industriais. Os óxidos de enxofre e nitrogênio são os principais formadores de ácidos. Ao reagir com o oxigênio atmosférico e o vapor de água nele, formam-se ácidos sulfúrico e nítrico.

Sabe-se que o equilíbrio ácido-alcalino do meio é determinado pelo valor do pH. Ambiente neutro tem um valor de pH de 7, ácido - 0 e alcalino - 14. B era moderna o valor do pH da água da chuva é de 5,6, embora no passado recente fosse neutro. Uma diminuição do valor de pH em um corresponde a um aumento de dez vezes na acidez e, portanto, atualmente, as chuvas com maior acidez caem em quase todos os lugares. A acidez máxima das chuvas registradas na Europa Ocidental foi de 4-3,5 pH. Deve-se levar em consideração que o valor de pH igual a 4-4,5 é fatal para a maioria dos peixes.

As chuvas ácidas têm um efeito agressivo na cobertura vegetal da Terra, em edifícios industriais e residenciais e contribuem para uma aceleração significativa do intemperismo das rochas expostas. Um aumento da acidez impede a autorregulação da neutralização dos solos nos quais os nutrientes são dissolvidos. Por sua vez, isso leva a uma queda acentuada nos rendimentos e causa a degradação da cobertura vegetal. A acidez do solo contribui para a liberação daqueles em estado vinculado pesados, que são gradualmente absorvidos pelas plantas, causando sérios danos aos tecidos e penetrando na cadeia alimentar humana.

Uma alteração no potencial alcalino-ácido das águas do mar, especialmente em águas rasas, leva à cessação da reprodução de muitos invertebrados, causa a morte de peixes e perturba o equilíbrio ecológico nos oceanos.

Como resultado da chuva ácida, estão sob ameaça de morte bosques Europa Ocidental, Estados Bálticos, Carélia, Urais, Sibéria e Canadá.

Ao nível do mar 1013,25 hPa (cerca de 760 mmHg). A temperatura média global do ar na superfície da Terra é de 15°C, enquanto a temperatura varia de cerca de 57°C nos desertos subtropicais a -89°C na Antártida. A densidade e a pressão do ar diminuem com a altura de acordo com uma lei próxima da exponencial.

A estrutura da atmosfera. Verticalmente, a atmosfera tem uma estrutura em camadas, determinada principalmente pelas características da distribuição vertical da temperatura (figura), que depende da localização geográfica, estação do ano, hora do dia etc. A camada inferior da atmosfera - a troposfera - é caracterizada por uma queda na temperatura com a altura (cerca de 6 ° C por 1 km), sua altura é de 8 a 10 km nas latitudes polares a 16 a 18 km nos trópicos. Devido à rápida diminuição da densidade do ar com a altura, cerca de 80% da massa total da atmosfera está na troposfera. Acima da troposfera está a estratosfera - uma camada que se caracteriza em geral pelo aumento da temperatura com a altura. A camada de transição entre a troposfera e a estratosfera é chamada de tropopausa. Na estratosfera inferior, até um nível de cerca de 20 km, a temperatura muda pouco com a altura (a chamada região isotérmica) e muitas vezes até diminui ligeiramente. Mais alto, a temperatura aumenta devido à absorção da radiação UV solar pelo ozônio, lentamente no início e mais rápido a partir de um nível de 34-36 km. O limite superior da estratosfera - a estratopausa - está localizado a uma altitude de 50-55 km, correspondente à temperatura máxima (260-270 K). A camada da atmosfera, localizada a uma altitude de 55-85 km, onde a temperatura cai novamente com a altura, é chamada de mesosfera, em seu limite superior - a mesopausa - a temperatura atinge 150-160 K no verão e 200- 230 K no inverno. A termosfera começa acima da mesopausa - uma camada, caracterizada por um rápido aumento da temperatura, atingindo valores de 800-1200 K a uma altitude de 250 km. A radiação corpuscular e de raios X do Sol é absorvido na termosfera, os meteoros são desacelerados e queimados, de modo que desempenha a função da camada protetora da Terra. Ainda mais alta é a exosfera, de onde os gases atmosféricos são dissipados no espaço mundial devido à dissipação e onde ocorre uma transição gradual da atmosfera para o espaço interplanetário.

Composição da atmosfera. Até uma altura de cerca de 100 km, a atmosfera é praticamente homogênea em composição química e o peso molecular médio do ar (cerca de 29) é constante nela. Perto da superfície da Terra, a atmosfera consiste em nitrogênio (cerca de 78,1% em volume) e oxigênio (cerca de 20,9%), e também contém pequenas quantidades de argônio, dióxido de carbono (dióxido de carbono), neônio e outros componentes constantes e variáveis. Ar).

Além disso, a atmosfera contém pequenas quantidades de ozônio, óxidos de nitrogênio, amônia, radônio, etc. O conteúdo relativo dos principais componentes do ar é constante ao longo do tempo e uniforme em diferentes áreas geográficas. O conteúdo de vapor d'água e ozônio é variável no espaço e no tempo; apesar do baixo teor, seu papel nos processos atmosféricos é muito significativo.

Acima de 100-110 km, ocorre a dissociação das moléculas de oxigênio, dióxido de carbono e vapor de água, de modo que o peso molecular do ar diminui. A uma altitude de cerca de 1.000 km, gases leves - hélio e hidrogênio - começam a predominar e, ainda mais alto, a atmosfera da Terra gradualmente se transforma em gás interplanetário.

O componente variável mais importante da atmosfera é o vapor de água, que entra na atmosfera através da evaporação da superfície da água e do solo úmido, bem como através da transpiração das plantas. O conteúdo relativo de vapor de água varia perto da superfície da Terra de 2,6% nos trópicos a 0,2% nas latitudes polares. Com a altura, cai rapidamente, diminuindo pela metade já a uma altura de 1,5 a 2 km. A coluna vertical da atmosfera em latitudes temperadas contém cerca de 1,7 cm da “camada de água precipitada”. Quando o vapor de água se condensa, formam-se nuvens, das quais a precipitação atmosférica cai na forma de chuva, granizo e neve.

Um importante componente do ar atmosférico é o ozônio, 90% concentrado na estratosfera (entre 10 e 50 km), cerca de 10% dele está na troposfera. O ozônio fornece absorção de radiação UV dura (com comprimento de onda inferior a 290 nm), e esse é seu papel protetor para a biosfera. Os valores do conteúdo total de ozônio variam de acordo com a latitude e a estação do ano na faixa de 0,22 a 0,45 cm (a espessura da camada de ozônio a uma pressão p = 1 atm e uma temperatura T = 0°C). Nos buracos de ozônio observados na primavera na Antártida desde o início da década de 1980, o conteúdo de ozônio pode cair para 0,07 cm, cresce em altas latitudes. Um componente variável essencial da atmosfera é o dióxido de carbono, cujo teor na atmosfera aumentou 35% nos últimos 200 anos, o que é explicado principalmente pelo fator antropogênico. Observa-se sua variabilidade latitudinal e sazonal, associada à fotossíntese das plantas e à solubilidade na água do mar (de acordo com a lei de Henry, a solubilidade do gás na água diminui com o aumento da temperatura).

Um papel importante na formação do clima do planeta é desempenhado pelo aerossol atmosférico - partículas sólidas e líquidas suspensas no ar que variam em tamanho de vários nm a dezenas de mícrons. Existem aerossóis de origem natural e antropogênica. O aerossol é formado no processo de reações em fase gasosa a partir dos produtos da vida vegetal e da atividade econômica humana, erupções vulcânicas, como resultado da poeira levantada pelo vento da superfície do planeta, especialmente de suas regiões desérticas, e é também formado a partir poeira espacial entrando na atmosfera superior. A maior parte do aerossol está concentrada na troposfera; o aerossol das erupções vulcânicas forma a chamada camada Junge a uma altitude de cerca de 20 km. A maior quantidade de aerossol antropogênico entra na atmosfera como resultado da operação de veículos e usinas termelétricas, indústrias químicas, queima de combustíveis, etc. de um serviço especial de monitoramento e controle do nível de poluição do ar atmosférico.

Evolução atmosférica. A atmosfera moderna parece ser de origem secundária: foi formada a partir de gases liberados pela casca sólida da Terra após a formação do planeta ter se completado há cerca de 4,5 bilhões de anos. Durante a história geológica da Terra, a atmosfera sofreu mudanças significativas em sua composição sob a influência de uma série de fatores: dissipação (volatilização) de gases, principalmente os mais leves, para o espaço; liberação de gases da litosfera como resultado da atividade vulcânica; reações químicas entre os componentes da atmosfera e as rochas que compõem a crosta terrestre; reações fotoquímicas na própria atmosfera sob a influência da radiação UV solar; acreção (captura) da matéria do meio interplanetário (por exemplo, matéria meteórica). O desenvolvimento da atmosfera está intimamente ligado aos processos geológicos e geoquímicos e, nos últimos 3-4 bilhões de anos, também à atividade da biosfera. Uma parte significativa dos gases que compõem a atmosfera moderna (nitrogênio, dióxido de carbono, vapor de água) surgiu durante a atividade vulcânica e a intrusão, que os levou das profundezas da Terra. O oxigênio apareceu em quantidades apreciáveis ​​há cerca de 2 bilhões de anos como resultado da atividade de organismos fotossintéticos, que originalmente se originaram em águas superficiais oceano.

Com base nos dados sobre a composição química dos depósitos carbonáticos, foram obtidas estimativas da quantidade de dióxido de carbono e oxigênio na atmosfera do passado geológico. Ao longo do Fanerozóico (os últimos 570 milhões de anos da história da Terra), a quantidade de dióxido de carbono na atmosfera variou amplamente, de acordo com o nível de atividade vulcânica, temperatura do oceano e fotossíntese. Na maioria das vezes, a concentração de dióxido de carbono na atmosfera foi significativamente maior que a atual (até 10 vezes). A quantidade de oxigênio na atmosfera do Fanerozóico mudou significativamente, e a tendência de aumentá-la prevaleceu. Na atmosfera pré-cambriana, a massa de dióxido de carbono era, via de regra, maior, e a massa de oxigênio, menor do que na atmosfera do Fanerozóico. As flutuações na quantidade de dióxido de carbono tiveram um impacto significativo no clima no passado, aumentando o efeito estufa com o aumento da concentração de dióxido de carbono, devido ao qual o clima durante a maior parte do Fanerozóico era muito mais quente do que no a era moderna.

atmosfera e vida. Sem atmosfera, a Terra seria um planeta morto. A vida orgânica prossegue em estreita interação com a atmosfera e seu clima e clima associados. Insignificante em massa em comparação com o planeta como um todo (cerca de uma milionésima parte), a atmosfera é condição sine qua non para todas as formas de vida. Oxigênio, nitrogênio, vapor de água, dióxido de carbono e ozônio são os gases atmosféricos mais importantes para a vida dos organismos. Quando o dióxido de carbono é absorvido pelas plantas fotossintéticas, é criada matéria orgânica, que é utilizada como fonte de energia pela grande maioria dos seres vivos, incluindo os humanos. O oxigênio é necessário para a existência de organismos aeróbicos, para os quais o suprimento de energia é fornecido por reações de oxidação. matéria orgânica. O nitrogênio, assimilado por alguns microrganismos (fixadores de nitrogênio), é necessário para a nutrição mineral das plantas. O ozônio, que absorve a forte radiação UV do Sol, atenua significativamente essa porção da radiação solar com risco de vida. A condensação do vapor de água na atmosfera, a formação de nuvens e a subsequente precipitação da precipitação fornecem água à terra, sem a qual nenhuma forma de vida é possível. A atividade vital dos organismos na hidrosfera é amplamente determinada pela quantidade e composição química dos gases atmosféricos dissolvidos na água. Como a composição química da atmosfera depende significativamente das atividades dos organismos, a biosfera e a atmosfera podem ser consideradas como parte de um único sistema, cuja manutenção e evolução (ver Ciclos biogeoquímicos) foi de grande importância para alterar a composição da atmosfera. atmosfera ao longo da história da Terra como um planeta.

Radiação, térmica e balanços de água atmosfera. A radiação solar é praticamente a única fonte de energia para todos os processos físicos na atmosfera. A principal característica do regime de radiação da atmosfera é o chamado efeito estufa: a atmosfera transmite bastante bem a radiação solar para a superfície da Terra, mas absorve ativamente a radiação térmica de ondas longas da superfície da Terra, parte da qual retorna ao superfície na forma de contra-radiação que compensa a perda de calor por radiação da superfície da Terra (ver Radiação atmosférica). Na ausência de atmosfera, a temperatura média da superfície da Terra seria de -18°C, na realidade é de 15°C. A radiação solar incidente é parcialmente (cerca de 20%) absorvida na atmosfera (principalmente por vapor de água, gotículas de água, dióxido de carbono, ozônio e aerossóis), e também é espalhada (cerca de 7%) por partículas de aerossóis e flutuações de densidade (dispersão Rayleigh) . Radiação total, atingindo a superfície da Terra, é parcialmente (cerca de 23%) refletida a partir dela. A refletância é determinada pela refletividade da superfície subjacente, o chamado albedo. Em média, o albedo da Terra para o fluxo de radiação solar integral é próximo de 30%. Varia de alguns por cento (solo seco e solo preto) a 70-90% para neve recém-caída. A troca de calor radiativa entre a superfície terrestre e a atmosfera depende essencialmente do albedo e é determinada pela radiação efetiva da superfície terrestre e pela contra-radiação da atmosfera absorvida por ela. A soma algébrica dos fluxos de radiação que entram na atmosfera da Terra vindos do espaço sideral e a deixam de volta é chamada de balanço de radiação.

As transformações da radiação solar após sua absorção pela atmosfera e pela superfície terrestre determinam o equilíbrio térmico da Terra como planeta. A principal fonte de calor para a atmosfera é a superfície da Terra; o calor dele é transferido não apenas na forma de radiação de onda longa, mas também por convecção, e também é liberado durante a condensação do vapor de água. As participações dessas entradas de calor são, em média, 20%, 7% e 23%, respectivamente. Cerca de 20% do calor também é adicionado aqui devido à absorção da radiação solar direta. O fluxo de radiação solar por unidade de tempo através de uma unidade de área perpendicular a raios de sol e localizado fora da atmosfera a uma distância média da Terra ao Sol (a chamada constante solar), é de 1367 W/m 2, as variações são de 1-2 W/m 2 dependendo do ciclo de atividade solar. Com um albedo planetário de cerca de 30%, o influxo global médio de energia solar para o planeta é de 239 W/m 2 . Como a Terra, como planeta, emite em média a mesma quantidade de energia para o espaço, então, de acordo com a lei de Stefan-Boltzmann, a temperatura efetiva da radiação térmica de onda longa que sai é de 255 K (-18°C). Ao mesmo tempo, a temperatura média da superfície da Terra é de 15°C. A diferença de 33°C é devido ao efeito estufa.

O balanço hídrico da atmosfera como um todo corresponde à igualdade da quantidade de umidade evaporada da superfície da Terra, a quantidade de precipitação que cai na superfície da Terra. A atmosfera sobre os oceanos recebe mais umidade dos processos de evaporação do que sobre a terra e perde 90% na forma de precipitação. O excesso de vapor de água sobre os oceanos é transportado para os continentes pelas correntes de ar. A quantidade de vapor de água transportada para a atmosfera dos oceanos para os continentes é igual ao volume do fluxo do rio que flui para os oceanos.

movimento do ar. A Terra tem uma forma esférica, tanto menos radiação solar chega às suas altas latitudes do que aos trópicos. Como resultado, surgem grandes contrastes de temperatura entre as latitudes. A distribuição de temperatura também é significativamente afetada por arranjo mútuo oceanos e continentes. Devido à grande massa de águas oceânicas e à alta capacidade calorífica da água flutuações sazonais as temperaturas da superfície do oceano são muito mais baixas do que as temperaturas da terra. Nesse sentido, nas latitudes médias e altas, a temperatura do ar sobre os oceanos é visivelmente mais baixa no verão do que nos continentes, e mais alta no inverno.

Aquecimento desigual da atmosfera em Áreas diferentes o globo causa uma distribuição espacialmente não uniforme da pressão atmosférica. Ao nível do mar, a distribuição de pressão é caracterizada por valores relativamente baixos perto do equador, um aumento nos subtrópicos (zonas de alta pressão) e uma diminuição nas latitudes médias e altas. Ao mesmo tempo, sobre os continentes de latitudes extratropicais, a pressão geralmente aumenta no inverno e diminui no verão, o que está associado à distribuição da temperatura. Sob a ação de um gradiente de pressão, o ar sofre uma aceleração direcionada de áreas de alta pressão para áreas de baixa pressão, o que leva ao movimento das massas de ar. As massas de ar em movimento também são afetadas pela força de deflexão da rotação da Terra (a força de Coriolis), a força de atrito, que diminui com a altura, e em trajetórias curvilíneas e força centrífuga. De grande importância é a mistura turbulenta do ar (ver Turbulência na atmosfera).

Um complexo sistema de correntes de ar (circulação geral da atmosfera) está associado à distribuição planetária de pressão. No plano meridional, em média, são traçadas duas ou três células de circulação meridional. Perto do equador, o ar aquecido sobe e desce nos subtrópicos, formando uma célula de Hadley. O ar da cela de Ferrell reversa também desce por lá. Em altas latitudes, uma célula polar direta é frequentemente rastreada. As velocidades de circulação meridional são da ordem de 1 m/s ou menos. Devido à ação da força de Coriolis, ventos de oeste são observados na maior parte da atmosfera com velocidades na troposfera média de cerca de 15 m/s. Existem sistemas eólicos relativamente estáveis. Estes incluem ventos alísios - ventos que sopram de cinturões de alta pressão nos subtrópicos para o equador com um componente oriental perceptível (de leste a oeste). As monções são bastante estáveis ​​- correntes de ar que têm um caráter sazonal claramente pronunciado: sopram do oceano para o continente no verão e na direção oposta no inverno. As monções são especialmente regulares oceano Índico. Nas latitudes médias, o movimento das massas de ar é principalmente ocidental (de oeste para leste). Esta é uma zona de frentes atmosféricas, na qual surgem grandes redemoinhos - ciclones e anticiclones, cobrindo muitas centenas e até milhares de quilômetros. Os ciclones também ocorrem nos trópicos; aqui eles diferem em tamanhos menores, mas velocidades de vento muito altas, atingindo força de furacão (33 m/s ou mais), os chamados ciclones tropicais. No Atlântico e no Pacífico oriental são chamados de furacões, e no Pacífico ocidental são chamados de tufões. Na alta troposfera e na baixa estratosfera, nas áreas que separam a célula direta da circulação meridional de Hadley e a célula de Ferrell reversa, relativamente estreitas, com centenas de quilômetros de largura, são frequentemente observadas correntes de jato com limites bem definidos, dentro das quais o vento atinge 100 -150 e até 200 m/ Com.

Clima e tempo. A diferença na quantidade de radiação solar que chega em diferentes latitudes à superfície da Terra, que é diversa em propriedades físicas, determina a diversidade dos climas da Terra. Do equador às latitudes tropicais, a temperatura do ar perto da superfície da Terra é em média de 25 a 30 ° C e muda pouco durante o ano. Na zona equatorial, costuma cair muita precipitação, o que cria condições para umidade excessiva. NO zonas tropicais A precipitação diminui e em algumas áreas torna-se muito pequena. Aqui estão os vastos desertos da Terra.

Nas latitudes subtropicais e médias, a temperatura do ar varia significativamente ao longo do ano, e a diferença entre as temperaturas de verão e inverno é especialmente grande em áreas dos continentes distantes dos oceanos. Assim, em algumas áreas da Sibéria Oriental, a amplitude anual da temperatura do ar atinge 65°С. As condições de umidificação nessas latitudes são muito diversas, dependem principalmente do regime de circulação geral da atmosfera e mudam significativamente de ano para ano.

Nas latitudes polares, a temperatura permanece baixa durante todo o ano, mesmo que haja uma notável variação sazonal. Isso contribui para a ampla distribuição da cobertura de gelo nos oceanos e terras e permafrost, ocupando mais de 65% da área da Rússia, principalmente na Sibéria.

Nas últimas décadas, houve mudanças cada vez mais perceptíveis Clima global. A temperatura sobe mais em altas latitudes do que em baixas latitudes; mais no inverno do que no verão; mais à noite do que durante o dia. Ao longo do século 20, a temperatura média anual do ar perto da superfície da Terra na Rússia aumentou de 1,5 a 2 ° C e, em algumas regiões da Sibéria, é observado um aumento de vários graus. Isso está associado a um aumento do efeito estufa devido a um aumento na concentração de pequenas impurezas gasosas.

O clima é determinado pelas condições de circulação atmosférica e localização geográfica terreno, é mais estável nos trópicos e mais variável em latitudes médias e altas. Acima de tudo, o clima muda nas zonas de mudança de massas de ar, devido à passagem de frentes atmosféricas, ciclones e anticiclones, carregando precipitação e vento crescente. Os dados para previsão do tempo são coletados de estações meteorológicas terrestres, navios e aeronaves e satélites meteorológicos. Veja também meteorologia.

Fenômenos ópticos, acústicos e elétricos na atmosfera. Quando a radiação eletromagnética se propaga na atmosfera, como resultado da refração, absorção e dispersão da luz pelo ar e várias partículas (aerossol, cristais de gelo, gotas de água), surgem vários fenômenos ópticos: arco-íris, coroas, halo, miragem, etc. Luz espalhamento determina a altura aparente do firmamento e a cor azul do céu. A faixa de visibilidade dos objetos é determinada pelas condições de propagação da luz na atmosfera (consulte Visibilidade atmosférica). A transparência da atmosfera em diferentes comprimentos de onda determina o alcance de comunicação e a capacidade de detectar objetos com instrumentos, incluindo a capacidade de observações astronômicas da superfície da terra. Para estudos de heterogeneidades ópticas da estratosfera e mesosfera papel importante interpreta o fenômeno do crepúsculo. Por exemplo, fotografar o crepúsculo de uma nave espacial torna possível detectar camadas de aerossol. As características da propagação da radiação eletromagnética na atmosfera determinam a precisão dos métodos de sensoriamento remoto de seus parâmetros. Todas essas questões, como muitas outras, são estudadas pela ótica atmosférica. A refração e a dispersão das ondas de rádio determinam as possibilidades de recepção de rádio (consulte Propagação de ondas de rádio).

A propagação do som na atmosfera depende da distribuição espacial da temperatura e da velocidade do vento (ver Acústica atmosférica). É de interesse para o sensoriamento remoto da atmosfera. Explosões de cargas lançadas por foguetes na atmosfera superior forneceram uma riqueza de informações sobre os sistemas eólicos e o curso da temperatura na estratosfera e na mesosfera. Em uma atmosfera estratificada estável, quando a temperatura cai com a altura mais lentamente que o gradiente adiabático (9,8 K/km), surgem as chamadas ondas internas. Essas ondas podem se propagar para cima na estratosfera e até na mesosfera, onde se atenuam, contribuindo para o aumento do vento e da turbulência.

A carga negativa da Terra e o campo elétrico causado por ela, a atmosfera, juntamente com a ionosfera e a magnetosfera eletricamente carregadas, criam um circuito elétrico global. Um papel importante é desempenhado pela formação de nuvens e eletricidade relâmpago. O perigo de descargas atmosféricas exigiu o desenvolvimento de métodos para proteção contra raios de edifícios, estruturas, linhas de energia e comunicações. Este fenômeno é particularmente perigoso para a aviação. Descargas de raios causam interferência de rádio atmosférica, chamada atmosférica (veja Atmosféricos assobiando). Durante um aumento acentuado da tensão campo elétrico descargas luminosas que aparecem nas pontas e cantos afiados objetos que se projetam acima da superfície da terra, em picos individuais nas montanhas, etc. (luzes de Elma). A atmosfera sempre contém um número fortemente variável de íons leves e pesados, dependendo das condições específicas, que determinam a condutividade elétrica da atmosfera. Os principais ionizadores de ar próximos à superfície terrestre são a radiação de substâncias radioativas contidas na crosta terrestre e na atmosfera, bem como raios cósmicos. Veja também eletricidade atmosférica.

Influência humana na atmosfera. Ao longo dos últimos séculos, houve um aumento na concentração de gases de efeito estufa na atmosfera devido às atividades humanas. A porcentagem de dióxido de carbono aumentou de 2,8-10 2 duzentos anos atrás para 3,8-10 2 em 2005, o teor de metano - de 0,7-10 1 cerca de 300-400 anos atrás para 1,8-10 -4 no início do século século 21; cerca de 20% do aumento do efeito estufa no século passado foi dado pelos freons, que praticamente não existiam na atmosfera até meados do século XX. Essas substâncias são reconhecidas como destruidoras do ozônio estratosférico e sua produção é proibida pelo Protocolo de Montreal de 1987. O aumento da concentração de dióxido de carbono na atmosfera é causado pela queima de quantidades cada vez maiores de carvão, petróleo, gás e outros combustíveis de carbono, bem como pelo desmatamento, que reduz a absorção de dióxido de carbono por meio da fotossíntese. A concentração de metano aumenta com o crescimento da produção de petróleo e gás (devido às suas perdas), bem como com a expansão das lavouras de arroz e o aumento do número de bovinos. Tudo isso contribui para o aquecimento do clima.

Para alterar o clima, foram desenvolvidos métodos de influência ativa nos processos atmosféricos. Eles são usados ​​para proteger as plantas agrícolas dos danos causados ​​pelo granizo, dispersando reagentes especiais em nuvens de trovoada. Existem também métodos para dissipar neblina em aeroportos, proteger plantas da geada, influenciar nuvens para aumentar a precipitação nos lugares certos ou dispersar nuvens em momentos de eventos de massa.

Estudo da atmosfera. As informações sobre os processos físicos na atmosfera são obtidas principalmente a partir de observações meteorológicas, que são realizadas rede global estações e postos meteorológicos permanentes localizados em todos os continentes e em muitas ilhas. As observações diárias fornecem informações sobre temperatura e umidade do ar, pressão atmosférica e precipitação, nebulosidade, vento, etc. As observações da radiação solar e suas transformações são realizadas em estações actinométricas. De grande importância para o estudo da atmosfera são as redes de estações aerológicas, onde são feitas medições meteorológicas com o auxílio de radiossondas até uma altura de 30-35 km. Várias estações monitoram o ozônio atmosférico, fenômenos elétricos na atmosfera, a composição química do ar.

Os dados das estações terrestres são complementados por observações sobre os oceanos, onde operam "navios meteorológicos", localizados permanentemente em determinadas áreas do Oceano Mundial, bem como informações meteorológicas recebidas de navios de pesquisa e outros.

Nas últimas décadas, uma quantidade crescente de informações sobre a atmosfera tem sido obtida com a ajuda de satélites meteorológicos, equipados com instrumentos para fotografar nuvens e medir os fluxos de radiação ultravioleta, infravermelha e de micro-ondas do Sol. Os satélites permitem obter informações sobre perfis de temperatura vertical, nebulosidade e seu teor de água, elementos do balanço de radiação atmosférica, temperatura da superfície do oceano, etc. determinar perfis verticais de densidade, pressão e temperatura, bem como o teor de umidade na atmosfera. Com a ajuda de satélites, tornou-se possível esclarecer o valor da constante solar e do albedo planetário da Terra, construir mapas do balanço de radiação do sistema Terra-atmosfera, medir o conteúdo e a variabilidade de pequenas impurezas atmosféricas e resolver muitos outros problemas de física atmosférica e monitoramento ambiental.

Lit.: Budyko M. I. Clima no passado e no futuro. L., 1980; Matveev L. T. Curso de meteorologia geral. Física da atmosfera. 2ª edição. L., 1984; Budyko M.I., Ronov A.B., Yanshin A.L. História da atmosfera. L., 1985; Khrgian A.Kh. Física Atmosférica. M., 1986; Atmosfera: Um Manual. L., 1991; Khromov S. P., Petrosyants M. A. Meteorologia e climatologia. 5ª edição. M., 2001.

G. S. Golitsyn, N. A. Zaitseva.

- a concha de ar do globo que gira com a Terra. O limite superior da atmosfera é convencionalmente realizado em altitudes de 150-200 km. O limite inferior é a superfície da Terra.

O ar atmosférico é uma mistura de gases. A maior parte do seu volume na camada de ar superficial é nitrogênio (78%) e oxigênio (21%). Além disso, o ar contém gases inertes (argônio, hélio, neônio, etc.), dióxido de carbono (0,03), vapor de água e várias partículas sólidas (poeira, fuligem, cristais de sal).

O ar é incolor e a cor do céu é explicada pelas peculiaridades da dispersão das ondas de luz.

A atmosfera consiste em várias camadas: troposfera, estratosfera, mesosfera e termosfera.

A camada inferior de ar é chamada troposfera. Em diferentes latitudes, seu poder não é o mesmo. A troposfera repete a forma do planeta e participa, junto com a Terra, de rotação axial. No equador, a espessura da atmosfera varia de 10 a 20 km. No equador é maior e nos pólos é menor. A troposfera é caracterizada pela densidade máxima do ar, 4/5 da massa de toda a atmosfera está concentrada nela. A troposfera determina tempo: vários massas de ar, nuvens e precipitação são formadas, há um intenso movimento horizontal e vertical do ar.

Acima da troposfera, até uma altitude de 50 km, localiza-se estratosfera.É caracterizado por uma densidade mais baixa do ar, não há vapor de água nele. Na parte inferior da estratosfera em altitudes de cerca de 25 km. localizado "tela de ozônio" - uma camada da atmosfera com concentração aumentada ozônio, que absorve a radiação ultravioleta, que é fatal para os organismos.

A uma altitude de 50 a 80-90 km estende-se mesosfera.À medida que a altitude aumenta, a temperatura diminui com um gradiente vertical médio de (0,25-0,3)° / 100 m, e a densidade do ar diminui. O principal processo de energia é a transferência de calor radiante. O brilho da atmosfera é devido a processos fotoquímicos complexos envolvendo radicais, moléculas excitadas vibracionalmente.

Termosfera localizado a uma altitude de 80-90 a 800 km. A densidade do ar aqui é mínima, o grau de ionização do ar é muito alto. A temperatura muda dependendo da atividade do Sol. Devido ao grande número de partículas carregadas, auroras e tempestades magnéticas são observadas aqui.

A atmosfera é de grande importância para a natureza da Terra. Sem oxigênio, os organismos vivos não podem respirar. Sua camada de ozônio protege todos os seres vivos dos raios ultravioleta nocivos. A atmosfera suaviza as flutuações de temperatura: a superfície da Terra não fica super-resfriada à noite e não superaquece durante o dia. Em densas camadas de ar atmosférico, não atingindo a superfície do planeta, os meteoritos queimam dos espinhos.

A atmosfera interage com todas as conchas da Terra. Com sua ajuda, a troca de calor e umidade entre o oceano e a terra. Sem a atmosfera não haveria nuvens, precipitação, ventos.

As atividades humanas têm um efeito adverso significativo na atmosfera. Ocorre poluição do ar, o que leva a um aumento na concentração de monóxido de carbono (CO 2). E isso contribui para o aquecimento global e potencializa o “efeito estufa”. A camada de ozônio da Terra está sendo destruída devido a resíduos industriais e transporte.

A atmosfera precisa ser protegida. NO países desenvolvidos um conjunto de medidas está sendo tomado para proteger o ar atmosférico da poluição.

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atmosfera da Terra

Atmosfera(a partir de. outro gregoἀτμός - vapor e σφαῖρα - bola) - gás Concha ( geosfera) em torno do planeta Terra. Sua superfície interna é coberta hidrosfera e parcialmente latido, o externo faz fronteira com a parte próxima da Terra do espaço sideral.

A totalidade das seções de física e química que estudam a atmosfera é comumente chamada de física atmosférica. A atmosfera determina tempo na superfície da Terra, dedica-se ao estudo do clima meteorologia, e variações de longo prazo clima - climatologia.

A estrutura da atmosfera

A estrutura da atmosfera

Troposfera

Seu limite superior está a uma altitude de 8-10 km em latitudes polares, 10-12 km em latitudes temperadas e 16-18 km em latitudes tropicais; menor no inverno do que no verão. A camada inferior e principal da atmosfera. Contém mais de 80% da massa total do ar atmosférico e cerca de 90% de todo o vapor de água presente na atmosfera. altamente desenvolvido na troposfera turbulência e convecção, surgir nuvens, desenvolve ciclones e anticiclones. A temperatura diminui com o aumento da altura com uma vertical média gradiente 0,65°/100 m

Para "condições normais" na superfície da Terra são tomadas: densidade 1,2 kg/m3, pressão barométrica 101,35 kPa, temperatura mais 20 °C e umidade relativa de 50%. Esses indicadores condicionais têm um valor puramente de engenharia.

Estratosfera

A camada da atmosfera localizada a uma altitude de 11 a 50 km. Caracterizado por uma ligeira mudança de temperatura na camada de 11-25 km (camada inferior da estratosfera) e seu aumento na camada de 25-40 km de -56,5 para 0,8 ° A PARTIR DE(estratosfera superior ou região inversões). Tendo atingido um valor de cerca de 273 K (quase 0°C) a uma altitude de cerca de 40 km, a temperatura mantém-se constante até uma altitude de cerca de 55 km. Essa região de temperatura constante é chamada de estratopausa e é a fronteira entre a estratosfera e mesosfera.

Estratopausa

A camada limite da atmosfera entre a estratosfera e a mesosfera. Existe um máximo na distribuição vertical da temperatura (cerca de 0 °C).

Mesosfera

atmosfera da Terra

Mesosfera começa a uma altitude de 50 km e se estende até 80-90 km. A temperatura diminui com a altura com um gradiente vertical médio de (0,25-0,3)°/100 m. O principal processo de energia é a transferência de calor radiante. Processos fotoquímicos complexos envolvendo radicais livres, moléculas excitadas vibracionalmente, etc., determinam o brilho da atmosfera.

mesopausa

Camada de transição entre a mesosfera e a termosfera. Existe um mínimo na distribuição vertical da temperatura (cerca de -90 °C).

Linha Karman

Altitude acima do nível do mar, que é convencionalmente aceita como o limite entre a atmosfera da Terra e o espaço.

Termosfera

artigo principal: Termosfera

O limite superior é de cerca de 800 km. A temperatura sobe para altitudes de 200-300 km, onde atinge valores da ordem de 1500 K, após o que permanece quase constante até altas altitudes. Sob a influência da radiação solar ultravioleta e de raios X e da radiação cósmica, ocorre a ionização do ar (" auroras") - áreas principais ionosfera fica dentro da termosfera. Em altitudes acima de 300 km, predomina o oxigênio atômico.

Camadas atmosféricas até uma altura de 120 km

Exosfera (esfera de dispersão)

Exosfera- zona de dispersão, a parte externa da termosfera, localizada acima de 700 km. O gás na exosfera é muito rarefeito e, portanto, suas partículas vazam para o espaço interplanetário ( dissipação).

Até uma altura de 100 km, a atmosfera é uma mistura homogênea e bem misturada de gases. Nas camadas mais altas, a distribuição dos gases em altura depende de suas massas moleculares, a concentração de gases mais pesados ​​diminui mais rapidamente com a distância da superfície da Terra. Devido à diminuição da densidade do gás, a temperatura cai de 0°C na estratosfera para -110°C na mesosfera. No entanto, a energia cinética de partículas individuais em altitudes de 200-250 km corresponde a uma temperatura de ~1500°C. Acima de 200 km, flutuações significativas na temperatura e na densidade do gás são observadas no tempo e no espaço.

A uma altitude de cerca de 2.000-3.000 km, a exosfera passa gradualmente para o chamado vácuo espacial próximo, que é preenchido com partículas altamente rarefeitas de gás interplanetário, principalmente átomos de hidrogênio. Mas este gás é apenas parte da matéria interplanetária. A outra parte é composta por partículas semelhantes a poeira de origem cometária e meteórica. Além de partículas semelhantes a poeira extremamente rarefeitas, a radiação eletromagnética e corpuscular de origem solar e galáctica penetra nesse espaço.

A troposfera representa cerca de 80% da massa da atmosfera, a estratosfera representa cerca de 20%; a massa da mesosfera não é superior a 0,3%, a termosfera é inferior a 0,05% da massa total da atmosfera. Com base nas propriedades elétricas na atmosfera, a neutrosfera e a ionosfera são distinguidas. Atualmente, acredita-se que a atmosfera se estenda a uma altitude de 2.000-3.000 km.

Dependendo da composição do gás na atmosfera, eles emitem homosfera e heterosfera. heterosfera - esta é uma área onde a gravidade afeta a separação dos gases, uma vez que sua mistura a tal altura é desprezível. Daí segue a composição variável da heterosfera. Abaixo dele encontra-se uma parte homogênea e bem misturada da atmosfera, chamada homosfera. O limite entre essas camadas é chamado de turbopausa, encontra-se a uma altitude de cerca de 120 km.

Propriedades físicas

A espessura da atmosfera é de aproximadamente 2.000 a 3.000 km da superfície da Terra. Peso total ar- (5,1-5,3) × 10 18 kg. Massa molar ar limpo e seco é 28.966. Pressão a 0 °C ao nível do mar 101.325 kPa; temperatura critica-140,7°C; pressão crítica 3,7 MPa; C p 1,0048×10 3 J/(kg K)(a 0°C), C v 0,7159×10 3 J/(kg K) (a 0°C). Solubilidade do ar em água a 0 °C - 0,036%, a 25 °C - 0,22%.

Propriedades fisiológicas e outras da atmosfera

Já a uma altitude de 5 km acima do nível do mar, uma pessoa não treinada desenvolve fome de oxigênio e sem adaptação, o desempenho humano é significativamente reduzido. É aqui que termina a zona fisiológica da atmosfera. A respiração humana torna-se impossível a uma altitude de 15 km, embora até cerca de 115 km a atmosfera contenha oxigênio.

A atmosfera nos fornece o oxigênio que precisamos para respirar. No entanto, devido à queda na pressão total da atmosfera à medida que você sobe a uma altura, a pressão parcial do oxigênio também diminui de acordo.

Os pulmões humanos contêm constantemente cerca de 3 litros de ar alveolar. Pressão parcial oxigênio no ar alveolar à pressão atmosférica normal é de 110 mm Hg. Art., pressão de dióxido de carbono - 40 mm Hg. Art., e vapor de água - 47 mm Hg. Arte. Com o aumento da altitude, a pressão do oxigênio cai e a pressão total de vapor de água e dióxido de carbono nos pulmões permanece quase constante - cerca de 87 mm Hg. Arte. O fluxo de oxigênio para os pulmões parará completamente quando a pressão do ar circundante se tornar igual a esse valor.

A uma altitude de cerca de 19-20 km, a pressão atmosférica cai para 47 mm Hg. Arte. Portanto, nessa altura, a água e o fluido intersticial começam a ferver no corpo humano. Fora da cabine pressurizada nessas altitudes, a morte ocorre quase instantaneamente. Assim, do ponto de vista da fisiologia humana, o "espaço" já começa a uma altitude de 15 a 19 km.

Camadas densas de ar - a troposfera e a estratosfera - nos protegem dos efeitos nocivos da radiação. Com suficiente rarefação do ar, em altitudes superiores a 36 km, um intenso efeito sobre o corpo é exercido por ionização radiação- raios cósmicos primários; em altitudes superiores a 40 km, a parte ultravioleta do espectro solar, que é perigosa para os seres humanos, opera.

À medida que subimos a uma altura cada vez maior acima da superfície da Terra, gradualmente enfraquecemos e depois desaparecemos completamente, fenômenos que nos são familiares observados nas camadas mais baixas da atmosfera, como a propagação do som, o surgimento de força de elevação e resistência, transferência de calor convecção e etc

Em camadas rarefeitas de ar, a propagação som acaba sendo impossível. Até altitudes de 60 a 90 km, ainda é possível usar a resistência do ar e a sustentação para um voo aerodinâmico controlado. Mas a partir de altitudes de 100-130 km, conceitos familiares a todos os pilotos números M e barreira do som perdem o sentido, passa a condicional Linha Karman além do qual começa a esfera de vôo puramente balístico, que pode ser controlado apenas com o uso de forças reativas.

Em altitudes acima de 100 km, a atmosfera também é privada de outra propriedade notável - a capacidade de absorver, conduzir e transferir energia térmica por convecção (ou seja, por meio de mistura de ar). Isso significa que vários elementos de equipamentos, equipamentos da estação espacial orbital não poderão ser resfriados de fora da maneira que geralmente é feito em um avião - com a ajuda de jatos de ar e radiadores de ar. A tal altura, como no espaço em geral, a única maneira de transferir calor é radiação térmica.

Composição da atmosfera

Composição do ar seco

A atmosfera da Terra consiste principalmente de gases e várias impurezas (poeira, gotas de água, cristais de gelo, sais marinhos, produtos de combustão).

A concentração de gases que compõem a atmosfera é quase constante, com exceção da água (H 2 O) e do dióxido de carbono (CO 2).

Composição do ar seco
Azoto
Oxigênio
Argônio
Água
Dióxido de carbono
Néon
Hélio
Metano
Krypton
Hidrogênio
Xenon
Óxido nitroso

Além dos gases indicados na tabela, a atmosfera contém SO 2, NH 3, CO, ozônio, hidrocarbonetos, HCl, HF, casais hg, I 2 , e NÃO e muitos outros gases em pequenas quantidades. A troposfera contém constantemente um grande número de partículas sólidas e líquidas em suspensão ( lata de spray).

História da formação da atmosfera

De acordo com a teoria mais comum, a atmosfera da Terra esteve em quatro composições diferentes ao longo do tempo. Inicialmente, consistia em gases leves ( hidrogênio e hélio) capturado do espaço interplanetário. Este chamado atmosfera primária(cerca de quatro bilhões de anos atrás). No estágio seguinte, a atividade vulcânica ativa levou à saturação da atmosfera com outros gases além do hidrogênio (dióxido de carbono, amônia, vapor). É assim atmosfera secundária(cerca de três bilhões de anos antes de nossos dias). Essa atmosfera era restauradora. Além disso, o processo de formação da atmosfera foi determinado pelos seguintes fatores:

vazamento de gases leves (hidrogênio e hélio) espaço interplanetário;

reações químicas que ocorrem na atmosfera sob a influência da radiação ultravioleta, descargas de raios e alguns outros fatores.

Gradualmente, esses fatores levaram à formação atmosfera terciária, caracterizado por um teor muito menor de hidrogênio e um teor muito maior de nitrogênio e dióxido de carbono (formado como resultado de reações químicas de amônia e hidrocarbonetos).

Azoto

A formação de uma grande quantidade de N 2 deve-se à oxidação da atmosfera de amônia-hidrogênio pelo O 2 molecular, que começou a vir da superfície do planeta como resultado da fotossíntese, a partir de 3 bilhões de anos atrás. O N 2 também é liberado na atmosfera como resultado da desnitrificação de nitratos e outros compostos contendo nitrogênio. O nitrogênio é oxidado pelo ozônio a NO na alta atmosfera.

O nitrogênio N 2 entra em reações apenas sob condições específicas (por exemplo, durante uma descarga atmosférica). A oxidação do nitrogênio molecular pelo ozônio durante as descargas elétricas é utilizada na produção industrial de fertilizantes nitrogenados. Pode ser oxidado com baixo consumo de energia e convertido em uma forma biologicamente ativa cianobactérias (algas verde-azuladas) e bactérias do nódulo que formam o rizóbio simbiose Com leguminosas plantas, assim chamadas. estrume verde.

Oxigênio

A composição da atmosfera começou a mudar radicalmente com o advento da organismos vivos, como resultado fotossíntese acompanhada pela liberação de oxigênio e absorção de dióxido de carbono. Inicialmente, o oxigênio era gasto na oxidação de compostos reduzidos - amônia, hidrocarbonetos, forma de óxido glândula contido nos oceanos, etc. No final desta etapa, o teor de oxigênio na atmosfera começou a crescer. Gradualmente, formou-se uma atmosfera moderna com propriedades oxidantes. Como isso causou mudanças sérias e abruptas em muitos processos ocorridos em atmosfera, litosfera e biosfera, esse evento é chamado Catástrofe de oxigênio.

Durante Fanerozoico a composição da atmosfera e o teor de oxigênio sofreram alterações. Eles se correlacionaram principalmente com a taxa de deposição de rochas sedimentares orgânicas. Assim, durante os períodos de acumulação de carvão, o teor de oxigênio na atmosfera, aparentemente, excedeu visivelmente o nível moderno.

Dióxido de carbono

O conteúdo de CO 2 na atmosfera depende da atividade vulcânica e dos processos químicos nas conchas da Terra, mas acima de tudo - da intensidade da biossíntese e decomposição da matéria orgânica no biosfera Terra. Quase toda a biomassa atual do planeta (cerca de 2,4 × 10 12 toneladas ) é formado devido ao dióxido de carbono, nitrogênio e vapor de água contidos no ar atmosférico. Enterrado em oceano, dentro pântanos e em florestas matéria orgânica torna-se carvão, óleo e gás natural. (cm. Ciclo geoquímico do carbono)

gases nobres

Fonte de gases inertes - argônio, hélio e criptônio- erupções vulcânicas e decaimento de elementos radioativos. A Terra como um todo e a atmosfera em particular estão esgotadas em gases inertes em comparação com o espaço. Acredita-se que a razão para isso esteja no vazamento contínuo de gases no espaço interplanetário.

Poluição do ar

Recentemente, a evolução da atmosfera começou a ser influenciada por humano. O resultado de suas atividades foi um aumento constante e significativo do teor de dióxido de carbono na atmosfera devido à combustão de combustíveis de hidrocarbonetos acumulados em épocas geológicas anteriores. Grandes quantidades de CO 2 são consumidas durante a fotossíntese e absorvidas pelos oceanos do mundo. Este gás entra na atmosfera devido à decomposição de rochas carbonáticas e substâncias orgânicas de origem vegetal e animal, bem como devido ao vulcanismo e atividades de produção humana. Nos últimos 100 anos, o teor de CO 2 na atmosfera aumentou 10%, sendo a maior parte (360 bilhões de toneladas) proveniente da queima de combustíveis. Se a taxa de crescimento da combustão de combustível continuar, então nos próximos 50 a 60 anos a quantidade de CO 2 na atmosfera dobrará e pode levar a alterações climáticas globais.

A combustão de combustível é a principal fonte de gases poluentes ( ASSIM, NÃO, ASSIM 2 ). O dióxido de enxofre é oxidado pelo oxigênio atmosférico para ASSIM 3 na alta atmosfera, que por sua vez interage com vapor de água e amônia, e o resultado ácido sulfúrico (H 2 ASSIM 4 ) e sulfato de amônio ((NH 4 ) 2 ASSIM 4 ) retornar à superfície da Terra na forma de um chamado. chuva ácida. Uso motores de combustão interna leva a uma poluição significativa do ar com óxidos de nitrogênio, hidrocarbonetos e compostos de chumbo ( chumbo tetraetila Pb(CH 3 CH 2 ) 4 ) ).

A poluição da atmosfera por aerossóis é causada tanto por causas naturais (erupção vulcânica, tempestades de poeira, arrastamento de gotículas de água do mar e pólen de plantas, etc.) .). A intensa remoção em larga escala de partículas sólidas para a atmosfera é uma das possíveis causas das mudanças climáticas no planeta.

A atmosfera se estende para cima por muitas centenas de quilômetros. Seu limite superior, a uma altitude de cerca de 2000-3000 km, até certo ponto condicional, uma vez que os gases que a compõem, gradualmente rarefeitos, passam para o espaço do mundo. A composição química da atmosfera, pressão, densidade, temperatura e suas outras propriedades físicas mudam com a altura. Como mencionado anteriormente, a composição química do ar até uma altura de 100 km não muda significativamente. Um pouco mais alto, a atmosfera também consiste principalmente de nitrogênio e oxigênio. Mas em altitudes 100-110 km, Sob a influência da radiação ultravioleta do sol, as moléculas de oxigênio são divididas em átomos e o oxigênio atômico aparece. Acima de 110-120 km quase todo o oxigênio se torna atômico. Supõe-se que acima de 400-500 km os gases que compõem a atmosfera também estão no estado atômico.

A pressão e a densidade do ar diminuem rapidamente com a altura. Embora a atmosfera se estenda para cima por centenas de quilômetros, a maior parte dela está localizada em uma camada bastante fina adjacente à superfície da Terra em suas partes mais baixas. Então, na camada entre o nível do mar e as altitudes 5-6 km metade da massa da atmosfera está concentrada na camada 0-16 km-90%, e na camada 0-30 km- 99%. A mesma diminuição rápida na massa de ar ocorre acima de 30 km. Se peso 1 m 3 ar na superfície da Terra é 1033 g, então a uma altura de 20 kmé igual a 43 g, e a uma altura de 40 km apenas 4 anos

A uma altitude de 300-400 km e acima, o ar é tão rarefeito que durante o dia sua densidade muda muitas vezes. Estudos mostraram que essa mudança na densidade está relacionada à posição do Sol. A maior densidade do ar é por volta do meio-dia, a menor à noite. Isso é parcialmente explicado pelo fato de que as camadas superiores da atmosfera reagem às mudanças na radiação eletromagnética do Sol.

A mudança na temperatura do ar com a altura também é desigual. De acordo com a natureza da mudança de temperatura com a altura, a atmosfera é dividida em várias esferas, entre as quais existem camadas de transição, as chamadas pausas, onde a temperatura muda pouco com a altura.

Aqui estão os nomes e as principais características das esferas e camadas de transição.

Vamos apresentar os dados básicos sobre as propriedades físicas dessas esferas.

Troposfera. As propriedades físicas da troposfera são em grande parte determinadas pela influência da superfície da Terra, que é sua limite inferior. A maior altura da troposfera é observada nas zonas equatoriais e tropicais. Aqui atinge 16-18 km e relativamente pouco sujeito a mudanças diárias e sazonais. Acima das regiões polares e adjacentes, o limite superior da troposfera situa-se, em média, a um nível de 8-10 km. Em latitudes médias, varia de 6-8 a 14-16 km.

O poder vertical da troposfera depende significativamente da natureza dos processos atmosféricos. Muitas vezes, durante o dia, o limite superior da troposfera sobre um determinado ponto ou área diminui ou aumenta vários quilômetros. Isto é principalmente devido a mudanças na temperatura do ar.

Mais de 4/5 da massa da atmosfera terrestre e quase todo o vapor d'água nela contido estão concentrados na troposfera. Além disso, da superfície da Terra até o limite superior da troposfera, a temperatura cai em média 0,6° para cada 100 m, ou 6° para 1 km elevar . Isso se deve ao fato de que o ar na troposfera é aquecido e resfriado principalmente a partir da superfície da Terra.

De acordo com o influxo de energia solar, a temperatura diminui do equador para os pólos. Assim, a temperatura média do ar perto da superfície terrestre no equador atinge +26°, nas regiões polares -34°, -36° no inverno e cerca de 0° no verão. Assim, a diferença de temperatura entre o equador e o pólo é de 60° no inverno e apenas 26° no verão. É verdade que temperaturas tão baixas no Ártico no inverno são observadas apenas perto da superfície da Terra devido ao resfriamento do ar sobre as extensões de gelo.

No inverno, na Antártida Central, a temperatura do ar na superfície do manto de gelo é ainda mais baixa. Na estação de Vostok em agosto de 1960, a temperatura mais baixa do globo foi registrada -88,3°, e na maioria das vezes na Antártida Central é -45°, -50°.

De uma altura, a diferença de temperatura entre o equador e o pólo diminui. Por exemplo, na altura 5 km no equador a temperatura atinge -2°, -4°, e na mesma altura no Ártico Central -37°, -39° no inverno e -19°, -20° no verão; portanto, a diferença de temperatura no inverno é de 35-36° e no verão de 16-17°. No hemisfério sul, essas diferenças são um pouco maiores.

A energia da circulação atmosférica pode ser determinada por contratos de temperatura do pólo equador. Como os contrastes de temperatura são maiores no inverno, os processos atmosféricos são mais intensos do que no verão. Isso também explica o fato de que os ventos de oeste predominantes na troposfera no inverno têm velocidades mais altas do que no verão. Neste caso, a velocidade do vento, via de regra, aumenta com a altura, atingindo um máximo no limite superior da troposfera. O transporte horizontal é acompanhado por movimentos aéreos verticais e movimentos turbulentos (desordenados). Devido à ascensão e queda de grandes volumes de ar, nuvens se formam e se dispersam, a precipitação ocorre e para. A camada de transição entre a troposfera e a esfera sobrejacente é tropopausa. Acima dela fica a estratosfera.

Estratosfera estende-se das alturas 8-17 a 50-55 km. Foi inaugurado no início do nosso século. Em termos de propriedades físicas, a estratosfera difere nitidamente da troposfera, pois a temperatura do ar aqui, como regra, aumenta em média 1 - 2 ° por quilômetro de elevação e no limite superior, a uma altura de 50-55 km, até se torna positivo. O aumento da temperatura nesta área é causado pela presença de ozônio (O 3) aqui, que é formado sob a influência da radiação ultravioleta do Sol. A camada de ozônio cobre quase toda a estratosfera. A estratosfera é muito pobre em vapor de água. Não há processos violentos de formação de nuvens e nem precipitação.

Mais recentemente, assumiu-se que a estratosfera é um ambiente relativamente calmo, onde não ocorre mistura de ar, como na troposfera. Portanto, acreditava-se que os gases na estratosfera são divididos em camadas, de acordo com sua gravidade específica. Daí o nome da estratosfera ("stratus" - em camadas). Acreditava-se também que a temperatura na estratosfera é formada sob a influência do equilíbrio radiativo, ou seja, quando a radiação solar absorvida e refletida são iguais.

Novos dados de radiossondas e foguetes meteorológicos mostraram que a estratosfera, assim como a alta troposfera, está sujeita a intensa circulação de ar com grandes variações de temperatura e vento. Aqui, como na troposfera, o ar experimenta movimentos verticais significativos, movimentos turbulentos com fortes correntes de ar horizontais. Tudo isso é resultado de uma distribuição de temperatura não uniforme.

A camada de transição entre a estratosfera e a esfera sobrejacente é estratopausa. No entanto, antes de prosseguir com as características das camadas superiores da atmosfera, vamos nos familiarizar com a chamada ozonosfera, cujos limites correspondem aproximadamente aos limites da estratosfera.

Ozônio na atmosfera. O ozônio desempenha um papel importante na criação do regime de temperatura e correntes de ar na estratosfera. O ozônio (O 3) é sentido por nós após uma tempestade quando inalamos ar limpo com um sabor agradável. No entanto, aqui não falaremos sobre esse ozônio formado após uma tempestade, mas sobre o ozônio contido na camada 10-60 km com um máximo a uma altura de 22-25 km. O ozônio é produzido pela ação dos raios ultravioletas do sol e, embora sua quantidade total seja insignificante, desempenha um papel importante na atmosfera. O ozônio tem a capacidade de absorver a radiação ultravioleta do sol e, assim, protege o mundo animal e vegetal de seus efeitos nocivos. Mesmo aquela pequena fração de raios ultravioleta que atinge a superfície da terra queima muito o corpo quando uma pessoa gosta excessivamente de tomar banho de sol.

A quantidade de ozônio não é a mesma em diferentes partes da Terra. Há mais ozônio nas latitudes altas, menos nas latitudes médias e baixas, e essa quantidade varia de acordo com a mudança das estações do ano. Mais ozônio na primavera, menos no outono. Além disso, suas flutuações não periódicas ocorrem em função da circulação horizontal e vertical da atmosfera. Muitos processos atmosféricos estão intimamente relacionados com o teor de ozônio, uma vez que tem um efeito direto sobre o campo de temperatura.

No inverno, durante a noite polar, em altas latitudes, a camada de ozônio emite e resfria o ar. Como resultado, na estratosfera de altas latitudes (no Ártico e Antártico), forma-se uma região fria no inverno, um redemoinho ciclônico estratosférico com grandes gradientes horizontais de temperatura e pressão, que provoca ventos de oeste sobre as latitudes médias do globo.

No verão, em condições de um dia polar, em altas latitudes, a camada de ozônio absorve o calor solar e aquece o ar. Como resultado do aumento da temperatura na estratosfera de altas latitudes, uma região de calor e um vórtice anticiclônico estratosférico são formados. Portanto, nas latitudes médias do globo acima de 20 km no verão, os ventos de leste prevalecem na estratosfera.

Mesosfera. Observações com foguetes meteorológicos e outros métodos estabeleceram que o aumento geral de temperatura observado na estratosfera termina em altitudes de 50-55 km. Acima desta camada, a temperatura cai novamente e perto do limite superior da mesosfera (cerca de 80 km) atinge -75°, -90°. Além disso, a temperatura aumenta novamente com a altura.

É interessante notar que a diminuição da temperatura com a altura, característica da mesosfera, ocorre de forma diferente em diferentes latitudes e ao longo do ano. Em baixas latitudes, a queda de temperatura ocorre mais lentamente do que em altas latitudes: o gradiente de temperatura vertical médio para a mesosfera é, respectivamente, 0,23° - 0,31° por 100 m ou 2,3°-3,1° por 1 km. No verão é muito maior do que no inverno. Como mostrado pelas últimas pesquisas em altas latitudes, a temperatura no limite superior da mesosfera no verão é várias dezenas de graus mais baixa do que no inverno. Na mesosfera superior a uma altura de cerca de 80 km na camada da mesopausa, a diminuição da temperatura com a altura pára e começa o seu aumento. Aqui, sob a camada de inversão no crepúsculo ou antes do nascer do sol com tempo claro, são observadas nuvens finas e brilhantes, iluminadas pelo sol abaixo do horizonte. Contra o fundo escuro do céu, eles brilham com uma luz azul-prateada. Portanto, essas nuvens são chamadas de prateadas.

A natureza das nuvens noctilucentes ainda não é bem compreendida. Por muito tempo acredita-se que eles são compostos de poeira vulcânica. No entanto, a ausência de fenômenos ópticos característicos de nuvens vulcânicas reais levou à rejeição desta hipótese. Em seguida, foi sugerido que as nuvens noctilucentes são compostas de poeira cósmica. Nos últimos anos, foi proposta a hipótese de que essas nuvens são compostas de cristais de gelo, como nuvens cirros comuns. O nível de localização das nuvens noctilucentes é determinado pela camada de atraso devido a inversão de temperatura durante a transição da mesosfera para a termosfera a uma altura de cerca de 80 km. Uma vez que a temperatura na camada de subinversão atinge -80°C e inferior, as condições mais favoráveis ​​são criadas aqui para a condensação do vapor de água, que entra aqui da estratosfera como resultado do movimento vertical ou por difusão turbulenta. Nuvens noctilucentes são geralmente vistas em período de verão, às vezes muito em grande número e dentro de alguns meses.

Observações para nuvens prateadas verificou-se que no verão ao seu nível os ventos são altamente variáveis. A velocidade do vento varia muito: de 50 a 100 a várias centenas de quilômetros por hora.

Temperatura em altitude. Uma representação visual da natureza da distribuição de temperatura com altura, entre a superfície da Terra e altitudes de 90-100 km, no inverno e verão no hemisfério norte, é dada na Figura 5. As superfícies que separam as esferas são representadas aqui por negrito linhas tracejadas. No fundo, a troposfera se destaca bem, com uma diminuição característica da temperatura com a altura. Acima da tropopausa, na estratosfera, ao contrário, a temperatura aumenta com a altura em geral e nas alturas de 50-55 km atinge + 10°, -10°. Vamos prestar atenção a um detalhe importante. No inverno, na estratosfera de altas latitudes, a temperatura acima da tropopausa cai de -60 para -75 ° e apenas acima de 30 km sobe novamente para -15°. No verão, a partir da tropopausa, a temperatura aumenta com a altura e em 50 km atinge + 10°. Acima da estratopausa, a temperatura volta a diminuir com a altura, e a um nível de 80 km não excede -70°, -90°.

Da figura 5 segue que na camada 10-40 km a temperatura do ar no inverno e no verão em altas latitudes é muito diferente. No inverno, durante a noite polar, a temperatura aqui atinge -60°, -75°, e no verão um mínimo de -45° está próximo da tropopausa. Acima da tropopausa, a temperatura aumenta e em altitudes de 30-35 kmé apenas -30°, -20°, que é causado pelo aquecimento do ar na camada de ozônio durante o dia polar. Também decorre da figura que, mesmo em uma estação e no mesmo nível, a temperatura não é a mesma. Sua diferença entre diferentes latitudes excede 20-30°. Neste caso, a não homogeneidade é especialmente significativa na camada Baixas temperaturas (18-30 km) e na camada de temperaturas máximas (50-60 km) na estratosfera, bem como na camada de baixas temperaturas na mesosfera superior (75-85km).

As temperaturas médias apresentadas na Figura 5 são obtidas a partir de observações nos hemisférios norte, no entanto, a julgar pelas informações disponíveis, também podem ser atribuídas a hemisfério sul. Algumas diferenças existem principalmente em altas latitudes. Sobre a Antártida no inverno, a temperatura do ar na troposfera e na estratosfera inferior é visivelmente mais baixa do que no Ártico Central.

Ventos em alta. A distribuição sazonal da temperatura determina um sistema bastante complexo de correntes de ar na estratosfera e na mesosfera.

A Figura 6 mostra uma seção vertical do campo de vento na atmosfera entre a superfície da Terra e uma altura de 90 km inverno e verão no hemisfério norte. As isolinhas mostram as velocidades médias do vento predominante (em EM). Segue-se da figura que o regime de ventos no inverno e no verão na estratosfera é bastante diferente. No inverno, tanto a troposfera quanto a estratosfera são dominadas por ventos de oeste com velocidades máximas, igual a cerca de

100 EM a uma altura de 60-65 km. No verão, os ventos de oeste prevalecem apenas até as alturas de 18-20 km. Mais alto eles se tornam orientais, com velocidades máximas de até 70 EM a uma altura de 55-60km.

No verão, acima da mesosfera, os ventos tornam-se de oeste e, no inverno, de leste.

Termosfera. Acima da mesosfera está a termosfera, que é caracterizada por um aumento na temperatura Com altura. De acordo com os dados obtidos, principalmente com a ajuda de foguetes, verificou-se que na termosfera já está no nível de 150 km a temperatura do ar atinge 220-240°, e no nível de 200 km acima de 500°. Acima, a temperatura continua a subir e no nível de 500-600 km excede 1500°. Com base nos dados obtidos durante os lançamentos de satélites terrestres artificiais, verificou-se que na termosfera superior a temperatura atinge cerca de 2000° e flutua significativamente durante o dia. Surge a questão de como explicar uma temperatura tão alta nas altas camadas da atmosfera. Lembre-se de que a temperatura de um gás é uma medida velocidade média movimentos moleculares. Na parte mais baixa e mais densa da atmosfera, as moléculas de gás que compõem o ar geralmente colidem umas com as outras quando se movem e transferem instantaneamente energia cinética umas para as outras. Portanto, a energia cinética em um meio denso é, em média, a mesma. Em camadas altas, onde a densidade do ar é muito baixa, as colisões entre moléculas localizadas a grandes distâncias ocorrem com menos frequência. Quando a energia é absorvida, a velocidade das moléculas no intervalo entre as colisões muda muito; além disso, as moléculas dos gases mais leves movem-se a uma velocidade maior do que as moléculas dos gases pesados. Como resultado, a temperatura dos gases pode ser diferente.

Nos gases rarefeitos, existem relativamente poucas moléculas de tamanhos muito pequenos (gases leves). Se eles se moverem em altas velocidades, a temperatura em um determinado volume de ar será alta. Na termosfera, cada centímetro cúbico de ar contém dezenas e centenas de milhares de moléculas de vários gases, enquanto na superfície da Terra existem cerca de cem milhões de bilhões delas. Portanto, temperaturas excessivamente altas nas altas camadas da atmosfera, mostrando a velocidade de movimento das moléculas neste meio muito fino, não podem causar nem um leve aquecimento do corpo aqui localizado. Assim como uma pessoa não sente calor ao ofuscar lâmpadas elétricas, embora os filamentos em um meio rarefeito aqueçam instantaneamente até vários milhares de graus.

Na termosfera inferior e na mesosfera, a maior parte das chuvas de meteoros queima antes de atingir a superfície da Terra.

Informações disponíveis sobre camadas atmosféricas acima de 60-80 km ainda são insuficientes para conclusões finais sobre a estrutura, regime e processos que neles se desenvolvem. No entanto, sabe-se que na mesosfera superior e na termosfera inferior, o regime de temperatura é criado como resultado da transformação do oxigênio molecular (O 2) em oxigênio atômico (O), que ocorre sob a ação da radiação solar ultravioleta. Na termosfera no regime de temperatura grande influência torna corpuscular, raio x e. radiação ultravioleta do sol. Aqui, mesmo durante o dia, há mudanças bruscas de temperatura e vento.

Ionização atmosférica. A característica mais interessante da atmosfera acima de 60-80 kmé ela ionizacao, ou seja, o processo de formação de um grande número de partículas eletricamente carregadas - íons. Como a ionização dos gases é característica da termosfera inferior, ela também é chamada de ionosfera.

Os gases na ionosfera estão principalmente no estado atômico. Sob a ação da radiação ultravioleta e corpuscular do Sol, que possuem alta energia, ocorre o processo de separação de elétrons de átomos neutros e moléculas de ar. Esses átomos e moléculas, tendo perdido um ou mais elétrons, tornam-se carregados positivamente e um elétron livre pode se unir novamente. átomo neutro ou uma molécula e dotá-los de sua carga negativa. Esses átomos e moléculas carregados positiva e negativamente são chamados de íons, e os gases ionizado, ou seja, aqueles que receberam carga elétrica. Em uma concentração mais alta de íons, os gases tornam-se eletricamente condutores.

O processo de ionização ocorre mais intensamente em camadas espessas limitadas por alturas de 60-80 e 220-400 km. Nestas camadas, existem condições ideais para a ionização. Aqui, a densidade do ar é visivelmente maior do que na atmosfera superior, e o influxo de radiação ultravioleta e corpuscular do Sol é suficiente para o processo de ionização.

A descoberta da ionosfera é uma das conquistas mais importantes e brilhantes da ciência. Afinal, uma característica distintiva da ionosfera é sua influência na propagação das ondas de rádio. Nas camadas ionizadas, as ondas de rádio são refletidas e, portanto, a comunicação de rádio de longo alcance se torna possível. Átomos-íons carregados refletem ondas de rádio curtas e voltam novamente à superfície da Terra, mas já a uma distância considerável do local de transmissão de rádio. Obviamente, ondas de rádio curtas fazem esse caminho várias vezes e, assim, a comunicação de rádio de longo alcance é garantida. Se não fosse pela ionosfera, então para a transmissão de sinais de estações de rádio a longas distâncias seria necessário construir linhas de retransmissão de rádio caras.

No entanto, sabe-se que às vezes as comunicações de rádio de ondas curtas são interrompidas. Isso acontece como resultado de explosões cromosféricas no Sol, devido às quais a radiação ultravioleta do Sol aumenta acentuadamente, levando a fortes distúrbios da ionosfera e do campo magnético da Terra - tempestades magnéticas. Durante tempestades magnéticas, a comunicação de rádio é interrompida, pois o movimento de partículas carregadas depende do campo magnético. Durante tempestades magnéticas, a ionosfera reflete as ondas de rádio pior ou as passa para o espaço. Principalmente com uma mudança na atividade solar, acompanhada de um aumento da radiação ultravioleta, a densidade eletrônica da ionosfera e a absorção de ondas de rádio durante o dia aumentam, levando à interrupção das comunicações de rádio de ondas curtas.

De acordo com uma nova pesquisa, em uma poderosa camada ionizada existem zonas onde a concentração de elétrons livres atinge uma concentração ligeiramente maior do que nas camadas vizinhas. Quatro dessas zonas são conhecidas, localizadas em altitudes de cerca de 60-80, 100-120, 180-200 e 300-400 km e estão marcados com letras D, E, F 1 e F 2 . Com o aumento da radiação do Sol, partículas carregadas (corpúsculos) sob a influência do campo magnético da Terra são desviadas para altas latitudes. Ao entrar na atmosfera, os corpúsculos intensificam a ionização dos gases a tal ponto que seu brilho começa. É assim auroras- na forma de belos arcos multicoloridos que se iluminam no céu noturno, principalmente nas altas latitudes da Terra. Auroras são acompanhadas por fortes tempestades magnéticas. Nesses casos, as auroras tornam-se visíveis nas latitudes médias e, em casos raros, até na zona tropical. Assim, por exemplo, a intensa aurora observada de 21 a 22 de janeiro de 1957 foi visível em quase todas as regiões do sul de nosso país.

Ao fotografar as auroras de dois pontos localizados a uma distância de várias dezenas de quilômetros, a altura da aurora é determinada com grande precisão. As auroras geralmente estão localizadas a uma altitude de cerca de 100 km, muitas vezes eles são encontrados a uma altitude de várias centenas de quilômetros, e às vezes a um nível de cerca de 1000 km. Embora a natureza das auroras tenha sido elucidada, ainda existem muitas questões não resolvidas relacionadas a esse fenômeno. As razões para a diversidade de formas de auroras ainda são desconhecidas.

De acordo com o terceiro satélite soviético, entre as alturas 200 e 1000 km durante o dia, predominam íons positivos de oxigênio molecular dividido, ou seja, oxigênio atômico (O). Cientistas soviéticos estão estudando a ionosfera com a ajuda de satélites artificiais da série Kosmos. Cientistas americanos também estão estudando a ionosfera com a ajuda de satélites.

A superfície que separa a termosfera da exosfera flutua dependendo das mudanças na atividade solar e outros fatores. Verticalmente, essas flutuações chegam a 100-200 km e mais.

Exosfera (esfera de dispersão) - a parte mais alta da atmosfera, localizada acima de 800 km. Ela é pouco estudada. De acordo com os dados de observações e cálculos teóricos, a temperatura na exosfera aumenta com a altura presumivelmente até 2000°. Ao contrário da ionosfera inferior, os gases na exosfera são tão rarefeitos que suas partículas, movendo-se com velocidades enormes quase nunca se encontram.

Até há relativamente pouco tempo, assumia-se que o limite condicional da atmosfera está localizado a uma altitude de cerca de 1000 km. No entanto, com base na desaceleração dos satélites artificiais da Terra, foi estabelecido que em altitudes de 700-800 km em 1 cm3 contém até 160 mil. íons positivos oxigênio atômico e nitrogênio. Isso dá motivos para supor que as camadas carregadas da atmosfera se estendem no espaço por uma distância muito maior.

No temperaturas altas no limite condicional da atmosfera, as velocidades das partículas de gás atingem aproximadamente 12 km/s Nessas velocidades, os gases saem gradualmente da área de ação gravidade no espaço interplanetário. Isso vem acontecendo por muito tempo. Por exemplo, partículas de hidrogênio e hélio são removidas para o espaço interplanetário ao longo de vários anos.

No estudo das altas camadas da atmosfera, dados ricos foram obtidos tanto de satélites das séries Kosmos e Elektron, quanto de foguetes geofísicos e estações espaciais Mars-1, Luna-4, etc. Observações diretas de astronautas também foram valiosas. Assim, de acordo com fotografias tiradas no espaço por V. Nikolaeva-Tereshkova, descobriu-se que a uma altitude de 19 km há uma camada de poeira da Terra. Isso também foi confirmado pelos dados obtidos pela tripulação da espaçonave Voskhod. Aparentemente existe conexão próxima entre a camada de poeira e o chamado nuvens de madrepérola,às vezes observado em altitudes de cerca de 20-30km.

Da atmosfera ao espaço sideral. Suposições anteriores de que fora da atmosfera da Terra, no espaço interplanetário

espaço, os gases são muito rarefeitos e a concentração de partículas não excede várias unidades em 1 cm3, não foram justificados. Estudos mostraram que o espaço próximo à Terra é preenchido com partículas carregadas. Com base nisso, foi apresentada uma hipótese sobre a existência de zonas ao redor da Terra com um conteúdo marcadamente aumentado de partículas carregadas, ou seja, cintos de radiação- interno e externo. Novos dados ajudaram a esclarecer. Descobriu-se que também existem partículas carregadas entre os cinturões de radiação internos e externos. Seu número varia dependendo da atividade geomagnética e solar. Assim, de acordo com a nova suposição, em vez de cinturões de radiação, existem zonas de radiação sem limites claramente definidos. Os limites das zonas de radiação mudam dependendo da atividade solar. Com sua intensificação, ou seja, quando manchas e jatos de gás aparecem no Sol, ejetados ao longo de centenas de milhares de quilômetros, o fluxo aumenta partículas cósmicas, que alimentam as zonas de radiação da Terra.

As zonas de radiação são perigosas para pessoas que voam em naves espaciais. Portanto, antes do vôo para o espaço, o estado e a posição das zonas de radiação são determinados e a órbita da espaçonave é escolhida de tal forma que ela passe fora das regiões de radiação aumentada. No entanto, as altas camadas da atmosfera, bem como o espaço sideral próximo à Terra, ainda não foram suficientemente estudados.

No estudo das altas camadas da atmosfera e do espaço próximo à Terra, são usados ​​dados ricos obtidos de satélites da série Kosmos e estações espaciais.

As camadas altas da atmosfera são as menos estudadas. No entanto métodos modernos sua pesquisa nos permite esperar que nos próximos anos o homem conheça muitos detalhes da estrutura da atmosfera no fundo da qual vive.

Em conclusão, apresentamos um corte vertical esquemático da atmosfera (Fig. 7). Aqui, as altitudes em quilômetros e a pressão do ar em milímetros são plotadas verticalmente e a temperatura é plotada horizontalmente. A curva sólida mostra a mudança na temperatura do ar com a altura. Nas alturas correspondentes, e Eventos importantes observadas na atmosfera, bem como as alturas máximas atingidas pelas radiossondas e outros meios de sondagem atmosférica.