A atmosfera é um dos componentes mais importantes do nosso planeta. É ela quem "abriga" as pessoas das duras condições do espaço sideral, como a radiação solar e os detritos espaciais. No entanto, muitos fatos sobre a atmosfera são desconhecidos para a maioria das pessoas.

1. A verdadeira cor do céu

Embora seja difícil de acreditar, o céu é realmente roxo. Quando a luz entra na atmosfera, partículas de ar e água absorvem a luz, espalhando-a. Ao mesmo tempo, a cor violeta é a mais espalhada, então as pessoas veem o céu azul.

2. Um elemento exclusivo na atmosfera da Terra

Como muitos se lembram da escola, a atmosfera da Terra consiste em cerca de 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e pequenas quantidades de argônio, dióxido de carbono e outros gases. Mas poucas pessoas sabem que nossa atmosfera é a única até agora descoberta pelos cientistas (além do cometa 67P) que possui oxigênio livre. Como o oxigênio é um gás altamente reativo, muitas vezes reage com outros produtos químicos no espaço. Sua forma pura na Terra torna o planeta habitável.

3. Faixa branca no céu

Certamente, alguns às vezes se perguntavam por que uma faixa branca permanece no céu atrás de um avião a jato. Essas trilhas brancas, conhecidas como rastros, se formam quando os gases quentes e úmidos de exaustão de um motor de aeronave se misturam com o ar externo mais frio. O vapor de água dos gases de escape congela e torna-se visível.

4. As principais camadas da atmosfera

A atmosfera da Terra consiste em cinco camadas principais, que tornam a vida possível no planeta. A primeira delas, a troposfera, estende-se desde o nível do mar até uma altitude de cerca de 17 km até o equador. A maioria dos eventos climáticos ocorrem nele.

5. Camada de ozônio

A próxima camada da atmosfera, a estratosfera, atinge uma altura de cerca de 50 km no equador. Ele contém a camada de ozônio, que protege as pessoas dos perigosos raios ultravioleta. Mesmo que essa camada esteja acima da troposfera, ela pode ser mais quente devido à energia absorvida dos raios do sol. A maioria dos aviões a jato e balões meteorológicos voam na estratosfera. Os aviões podem voar mais rápido porque são menos afetados pela gravidade e pelo atrito. Os balões meteorológicos, por outro lado, podem ter uma ideia melhor das tempestades, a maioria das quais ocorre mais baixa na troposfera.

6. Mesosfera

A mesosfera é a camada intermediária, estendendo-se a uma altura de 85 km acima da superfície do planeta. Sua temperatura oscila em torno de -120° C. A maioria dos meteoros que entram na atmosfera da Terra queimam na mesosfera. As duas últimas camadas que passam para o espaço são a termosfera e a exosfera.

7. O desaparecimento da atmosfera

A Terra provavelmente perdeu sua atmosfera várias vezes. Quando o planeta estava coberto de oceanos de magma, objetos interestelares maciços colidiram com ele. Esses impactos, que também formaram a Lua, podem ter formado a atmosfera do planeta pela primeira vez.

8. Se não houvesse gases atmosféricos...

Sem vários gases na atmosfera, a Terra seria fria demais para a existência humana. Vapor de água, dióxido de carbono e outros gases atmosféricos absorvem o calor do sol e o "distribuem" pela superfície do planeta, ajudando a criar um clima habitável.

9. Formação da camada de ozônio

A notória (e importantemente necessária) camada de ozônio foi criada quando os átomos de oxigênio reagiram com a luz ultravioleta do sol para formar ozônio. É o ozônio que absorve a maior parte da radiação nociva do sol. Apesar de sua importância, a camada de ozônio foi formada há relativamente pouco tempo, depois que vida suficiente surgiu nos oceanos para liberar na atmosfera a quantidade de oxigênio necessária para criar uma concentração mínima de ozônio.

10. Ionosfera

A ionosfera é assim chamada porque partículas de alta energia do espaço e do Sol ajudam a formar íons, criando uma "camada elétrica" ​​ao redor do planeta. Quando não havia satélites, essa camada ajudava a refletir as ondas de rádio.

11. Chuva ácida

A chuva ácida, que destrói florestas inteiras e devasta ecossistemas aquáticos, se forma na atmosfera quando partículas de dióxido de enxofre ou óxido de nitrogênio se misturam com o vapor de água e caem no solo como chuva. Esses compostos químicos também são encontrados na natureza: o dióxido de enxofre é produzido durante as erupções vulcânicas e o óxido nítrico é produzido durante os raios.

12. Poder do Relâmpago

O relâmpago é tão poderoso que apenas uma descarga pode aquecer o ar circundante até 30.000 ° C. O aquecimento rápido causa uma expansão explosiva do ar próximo, que é ouvido na forma de uma onda sonora chamada trovão.

Aurora Boreal e Aurora Australis (Norte e Aurora do Sul) são causadas por reações de íons que ocorrem no quarto nível da atmosfera, a termosfera. Quando partículas de vento solar altamente carregadas colidem com moléculas de ar sobre os pólos magnéticos do planeta, elas brilham e criam magníficos espetáculos de luz.

14. Pôr do sol

O pôr do sol geralmente se parece com um céu em chamas, pois pequenas partículas atmosféricas espalham a luz, refletindo-a em tons de laranja e amarelo. O mesmo princípio está por trás da formação do arco-íris.

Em 2013, os cientistas descobriram que minúsculos micróbios podem sobreviver muitos quilômetros acima da superfície da Terra. A uma altitude de 8 a 15 km acima do planeta, foram encontrados micróbios que destroem produtos químicos orgânicos que flutuam na atmosfera, "alimentando-se" deles.

Os adeptos da teoria do apocalipse e várias outras histórias de terror estarão interessados ​​em aprender.

A atmosfera é o que torna a vida possível na Terra. Obtemos as primeiras informações e fatos sobre a atmosfera na escola primária. No ensino médio, já estamos mais familiarizados com esse conceito nas aulas de geografia.

O conceito de atmosfera terrestre

A atmosfera está presente não apenas na Terra, mas também em outros corpos celestes. Este é o nome da concha gasosa que envolve os planetas. A composição desta camada de gás de diferentes planetas é significativamente diferente. Vejamos as informações básicas e os fatos sobre o ar.

Seu componente mais importante é o oxigênio. Alguns pensam erroneamente que a atmosfera da Terra é feita inteiramente de oxigênio, mas o ar é na verdade uma mistura de gases. Contém 78% de nitrogênio e 21% de oxigênio. O 1% restante inclui ozônio, argônio, dióxido de carbono e vapor de água. Que a porcentagem desses gases seja pequena, mas eles desempenham uma função importante - eles absorvem uma parte significativa da energia radiante solar, impedindo assim que a luminária transforme toda a vida em nosso planeta em cinzas. As propriedades da atmosfera mudam com a altitude. Por exemplo, a uma altitude de 65 km, o nitrogênio é 86% e o oxigênio é 19%.

A composição da atmosfera terrestre

• Dióxido de carbono essencial para a nutrição das plantas. Na atmosfera, aparece como resultado do processo de respiração dos organismos vivos, apodrecendo, queimando. A ausência dele na composição da atmosfera tornaria impossível a existência de qualquer planta.
• Oxigênioé um componente vital da atmosfera para os seres humanos. Sua presença é uma condição para a existência de todos os organismos vivos. Constitui cerca de 20% do volume total de gases atmosféricos.
• OzônioÉ um absorvedor natural da radiação ultravioleta solar, que afeta negativamente os organismos vivos. A maior parte forma uma camada separada da atmosfera - a tela de ozônio. Recentemente, a atividade humana levou ao fato de que começa a desmoronar gradualmente, mas como é de grande importância, está em andamento um trabalho ativo para preservá-lo e restaurá-lo.
• vapor de água determina a umidade do ar. Seu conteúdo pode variar dependendo de vários fatores: temperatura do ar, localização geográfica, estação do ano. Em baixas temperaturas, há muito pouco vapor de água no ar, talvez menos de um por cento, e em altas temperaturas, sua quantidade chega a 4%.
• Além de tudo isso, na composição da atmosfera terrestre há sempre uma certa porcentagem impurezas sólidas e líquidas. Estes são fuligem, cinzas, sal marinho, poeira, gotas de água, microorganismos. Eles podem entrar no ar naturalmente e por meios antropogênicos.

Camadas da atmosfera

E a temperatura, densidade e composição qualitativa do ar não são as mesmas em diferentes alturas. Por isso, costuma-se distinguir diferentes camadas da atmosfera. Cada um deles tem sua característica. Vamos descobrir quais camadas da atmosfera são distinguidas:

• A troposfera é a camada da atmosfera mais próxima da superfície da Terra. Sua altura é de 8 a 10 km acima dos pólos e de 16 a 18 km nos trópicos. Aqui está 90% de todo o vapor d'água que está disponível na atmosfera, então há uma formação ativa de nuvens. Também nesta camada existem processos como o movimento do ar (vento), turbulência, convecção. A temperatura varia de +45 graus ao meio-dia na estação quente nos trópicos a -65 graus nos pólos.
• A estratosfera é a segunda camada mais distante da atmosfera. Está localizado a uma altitude de 11 a 50 km. Na camada inferior da estratosfera, a temperatura é de aproximadamente -55, para a distância da Terra sobe para +1˚С. Essa região é chamada de inversão e é a fronteira entre a estratosfera e a mesosfera.
• A mesosfera está localizada a uma altitude de 50 a 90 km. A temperatura em seu limite inferior é de cerca de 0, no superior atinge -80...-90 ˚С. Os meteoritos que entram na atmosfera da Terra queimam completamente na mesosfera, o que causa a ocorrência de brilhos aéreos aqui.
• A termosfera tem cerca de 700 km de espessura. As luzes do norte aparecem nesta camada da atmosfera. Eles aparecem devido à ação da radiação cósmica e da radiação emanada do Sol.
• A exosfera é uma zona de dispersão de ar. Aqui, a concentração de gases é pequena e ocorre sua fuga gradual para o espaço interplanetário.

A fronteira entre a atmosfera da Terra e o espaço sideral é considerada uma linha de 100 km. Esta linha é chamada de linha Karman.

pressão atmosférica

Ouvindo a previsão do tempo, muitas vezes ouvimos leituras de pressão barométrica. Mas o que significa pressão atmosférica e como isso pode nos afetar?

Descobrimos que o ar consiste em gases e impurezas. Cada um desses componentes tem seu próprio peso, o que significa que a atmosfera não é sem peso, como se acreditava até o século XVII. A pressão atmosférica é a força com que todas as camadas da atmosfera pressionam a superfície da Terra e todos os objetos.

Os cientistas realizaram cálculos complexos e provaram que a atmosfera pressiona um metro quadrado de área com uma força de 10.333 kg. Isso significa que o corpo humano está sujeito à pressão do ar, cujo peso é de 12 a 15 toneladas. Por que não sentimos? Ela nos poupa sua pressão interna, que equilibra a externa. Você pode sentir a pressão da atmosfera enquanto estiver em um avião ou no alto das montanhas, já que a pressão atmosférica em altitude é muito menor. Neste caso, desconforto físico, ouvidos entupidos, tonturas são possíveis.

Muito pode ser dito sobre a atmosfera ao redor. Conhecemos muitos fatos interessantes sobre ela, e alguns deles podem parecer surpreendentes:

• O peso da atmosfera da Terra é de 5.300.000.000.000.000 toneladas.
• Contribui para a transmissão do som. A uma altitude superior a 100 km, esta propriedade desaparece devido a alterações na composição da atmosfera.
• O movimento da atmosfera é provocado pelo aquecimento desigual da superfície da Terra.
• Um termômetro é usado para medir a temperatura do ar e um barômetro é usado para medir a pressão atmosférica.
• A presença de uma atmosfera salva nosso planeta de 100 toneladas de meteoritos diariamente.
• A composição do ar foi fixada por várias centenas de milhões de anos, mas começou a mudar com o início da rápida atividade industrial.
• Acredita-se que a atmosfera se estenda para cima até uma altitude de 3.000 km.

O valor da atmosfera para os seres humanos

A zona fisiológica da atmosfera é de 5 km. A uma altitude de 5000 m acima do nível do mar, uma pessoa começa a sentir falta de oxigênio, que se expressa em uma diminuição de sua capacidade de trabalho e uma deterioração do bem-estar. Isso mostra que uma pessoa não pode sobreviver em um espaço onde essa incrível mistura de gases não existe.

Todas as informações e fatos sobre a atmosfera apenas confirmam sua importância para as pessoas. Graças à sua presença, surgiu a possibilidade do desenvolvimento da vida na Terra. Ainda hoje, tendo avaliado a extensão dos danos que a humanidade é capaz de infligir com suas ações no ar vivificante, devemos pensar em outras medidas para preservar e restaurar a atmosfera.

10,045×10 3 J/(kg*K) (na faixa de temperatura de 0-100°C), C v 8,3710*10 3 J/(kg*K) (0-1500°C). A solubilidade do ar em água a 0°C é de 0,036%, a 25°C - 0,22%.

Composição da atmosfera

História da formação da atmosfera

História antiga

Atualmente, a ciência não pode traçar todos os estágios da formação da Terra com 100% de precisão. 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) capturados do espaço interplanetário. Este chamado atmosfera primária. No estágio seguinte, a atividade vulcânica ativa levou à saturação da atmosfera com outros gases além do hidrogênio (hidrocarbonetos, amônia, vapor de água). É assim atmosfera secundária. Essa atmosfera era restauradora. Além disso, o processo de formação da atmosfera foi determinado pelos seguintes fatores:

• vazamento constante de hidrogênio no 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).

O surgimento da vida e do oxigênio

Com o advento dos organismos vivos na Terra como resultado da fotossíntese, acompanhada da liberação de oxigênio e da absorção de dióxido de carbono, a composição da atmosfera começou a mudar. No entanto, existem dados (uma análise da composição isotópica do oxigênio atmosférico e do liberado durante a fotossíntese) que comprovam a origem geológica do oxigênio atmosférico.

Inicialmente, o oxigênio era gasto na oxidação de compostos reduzidos - hidrocarbonetos, a forma ferrosa do ferro contida nos oceanos, etc. Ao final dessa etapa, o teor de oxigênio na atmosfera começou a crescer.

Na década de 1990, foram realizados experimentos para criar um sistema ecológico fechado (“Biosfera 2”), durante o qual não era possível criar um sistema estável com uma única composição de ar. A influência de microorganismos levou a uma diminuição no nível de oxigênio e um aumento na quantidade de dióxido de carbono.

Azoto

A formação de uma grande quantidade de N 2 deve-se à oxidação da atmosfera primária de amônia-hidrogênio pelo O 2 molecular, que começou a vir da superfície do planeta como resultado da fotossíntese, como esperado, há cerca de 3 bilhões de anos (de acordo com outra versão, o oxigênio atmosférico é de origem geológica). O nitrogênio é oxidado a NO na alta atmosfera, usado na indústria e ligado por bactérias fixadoras de nitrogênio, enquanto o N 2 é liberado na atmosfera como resultado da desnitrificação de nitratos e outros compostos contendo nitrogênio.

O nitrogênio N 2 é um gás inerte e reage apenas sob condições específicas (por exemplo, durante uma descarga atmosférica). Pode ser oxidado e convertido em uma forma biológica por cianobactérias, algumas bactérias (por exemplo, bactérias de nódulo que formam simbiose rizóbia com leguminosas).

A oxidação do nitrogênio molecular por descargas elétricas é usada na produção industrial de fertilizantes nitrogenados e também levou à formação de depósitos únicos de salitre no deserto chileno do Atacama.

gases nobres

A combustão do combustível é a principal fonte de gases poluentes (CO , NO, SO 2). O dióxido de enxofre é oxidado pelo ar O 2 em SO 3 na alta atmosfera, que interage com os vapores de H 2 O e NH 3, e os resultantes H 2 SO 4 e (NH 4) 2 SO 4 retornam à superfície da Terra junto com a precipitação . O uso de motores de combustão interna leva a uma poluição significativa do ar com óxidos de nitrogênio, hidrocarbonetos e compostos de Pb.

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 partículas de pólen, etc.) .) . A intensa remoção em larga escala de partículas sólidas para a atmosfera é uma das possíveis causas das mudanças climáticas no planeta.

A estrutura da atmosfera e as características das conchas individuais

O estado físico da atmosfera é determinado pelo tempo e clima. Os principais parâmetros da atmosfera: densidade do ar, pressão, temperatura e composição. À medida que a altitude aumenta, a densidade do ar e a pressão atmosférica diminuem. A temperatura também muda com a mudança de altitude. A estrutura vertical da atmosfera é caracterizada por diferentes temperaturas e propriedades elétricas, diferentes condições do ar. Dependendo da temperatura na atmosfera, as seguintes camadas principais são distinguidas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera, exosfera (esfera de dispersão). As regiões de transição da atmosfera entre conchas adjacentes são chamadas de tropopausa, estratopausa, etc., respectivamente.

Troposfera

Estratosfera

A maior parte da parte de comprimento de onda curto da radiação ultravioleta (180-200 nm) é retida na estratosfera e a energia das ondas curtas é transformada. Sob a influência desses raios, os campos magnéticos mudam, as moléculas se quebram, ocorrem ionização, nova formação de gases e outros compostos químicos. Esses processos podem ser observados na forma de luzes do norte, raios e outros brilhos.

Na estratosfera e nas camadas superiores, sob a influência da radiação solar, as moléculas de gás se dissociam - em átomos (acima de 80 km, CO 2 e H 2 dissociam-se, acima de 150 km - O 2, acima de 300 km - H 2). A uma altitude de 100-400 km, a ionização de gases também ocorre na ionosfera; a uma altitude de 320 km, a concentração de partículas carregadas (O + 2, O − 2, N + 2) é ~ 1/300 da concentração de partículas neutras. Nas camadas superiores da atmosfera existem radicais livres - OH, HO 2, etc.

Quase não há vapor de água na estratosfera.

Mesosfera

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°С na estratosfera para -110°С na mesosfera. No entanto, a energia cinética de partículas individuais em altitudes de 200 a 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 do espaço 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 dessas partículas 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 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 dela encontra-se uma parte homogênea e bem misturada da atmosfera chamada homosfera. O limite entre essas camadas é chamado de turbopausa, fica a uma altitude de cerca de 120 km.

Propriedades atmosféricas

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 de uma pessoa 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 diminuição da pressão total da atmosfera, à medida que se sobe a uma altura, a pressão parcial de oxigênio também diminui de acordo.

Os pulmões humanos contêm constantemente cerca de 3 litros de ar alveolar. A pressão parcial de 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, a radiação ionizante, raios cósmicos primários, tem um efeito intenso no corpo; em altitudes superiores a 40 km, a parte ultravioleta do espectro solar, que é perigosa para os seres humanos, opera.

A camada de ar que envolve nosso planeta e gira com ele é chamada de atmosfera. Metade da massa total da atmosfera está concentrada nos 5 km inferiores e três quartos da massa nos 10 km inferiores. Acima, o ar é muito rarefeito, embora suas partículas sejam encontradas a uma altitude de 2.000-3.000 km acima da superfície da Terra.

O ar que respiramos é uma mistura de gases. Acima de tudo, contém nitrogênio - 78% e oxigênio - 21%. Argônio é inferior a 1% e 0,03% é dióxido de carbono. Numerosos outros gases, como criptônio, xenônio, neônio, hélio, hidrogênio, ozônio e outros, compõem milésimos e milionésimos de um por cento. O ar também contém vapor de água, partículas de várias substâncias, bactérias, pólen e poeira cósmica.

A atmosfera é composta de várias camadas. A camada inferior até uma altura de 10-15 km acima da superfície da Terra é chamada de troposfera. Ele aquece a partir da Terra, então a temperatura do ar aqui com altura cai 6 ° C por 1 quilômetro de subida. Quase todo o vapor de água está na troposfera e quase todas as nuvens são formadas - note .. A altura da troposfera em diferentes latitudes do planeta não é a mesma. Eleva-se até 9 km acima dos pólos, até 10-12 km sobre latitudes temperadas e até 15 km sobre o equador. Os processos que ocorrem na troposfera - formação e movimento das massas de ar, formação de ciclones e anticiclones, aparecimento de nuvens e precipitação - determinam o tempo e o clima próximos à superfície da Terra.

Acima da troposfera está a estratosfera, que se estende até 50-55 km. A troposfera e a estratosfera são separadas por uma camada de transição chamada tropopausa, com 1 a 2 km de espessura. Na estratosfera, a uma altitude de cerca de 25 km, a temperatura do ar começa gradualmente a subir e atinge + 10 +30 °С a 50 km. Tal aumento de temperatura se deve ao fato de haver uma camada de ozônio na estratosfera em altitudes de 25 a 30 km. Na superfície da Terra, seu conteúdo no ar é insignificante e, em grandes altitudes, as moléculas diatômicas de oxigênio absorvem a radiação solar ultravioleta, formando moléculas triatômicas de ozônio.

Se o ozônio estivesse localizado nas camadas mais baixas da atmosfera, a uma altura com pressão normal, a espessura de sua camada seria de apenas 3 mm. Mas mesmo em quantidade tão pequena, desempenha um papel muito importante: absorve parte da radiação solar prejudicial aos organismos vivos.

Acima da estratosfera, até cerca de 80 km, estende-se a mesosfera, na qual a temperatura do ar cai com altura até várias dezenas de graus abaixo de zero.

A parte superior da atmosfera é caracterizada por temperaturas muito altas e é chamada de termosfera - note .. É dividida em duas partes - a ionosfera - até uma altura de cerca de 1000 km, onde o ar é altamente ionizado, e a exosfera - mais de 1000km. Na ionosfera, as moléculas do gás atmosférico absorvem a radiação ultravioleta do Sol, formando átomos carregados e elétrons livres. Auroras são observadas na ionosfera.

A atmosfera desempenha um papel muito importante na vida do nosso planeta. Protege a Terra do forte aquecimento dos raios solares durante o dia e da hipotermia à noite. A maioria dos meteoritos queimam nas camadas atmosféricas antes de atingir a superfície do planeta. A atmosfera contém oxigênio, necessário para todos os organismos, um escudo de ozônio que protege a vida na Terra da parte destrutiva da radiação ultravioleta do Sol.

ATMOSFERAS DOS PLANETAS DO SISTEMA SOLAR

A atmosfera de Mercúrio é tão rarefeita que, pode-se dizer, é praticamente inexistente. O envelope de ar de Vênus consiste em dióxido de carbono (96%) e nitrogênio (cerca de 4%), é muito denso - a pressão atmosférica perto da superfície do planeta é quase 100 vezes maior do que na Terra. A atmosfera marciana também consiste principalmente de dióxido de carbono (95%) e nitrogênio (2,7%), mas sua densidade é cerca de 300 vezes menor que a da Terra e sua pressão é quase 100 vezes menor. A superfície visível de Júpiter é na verdade a camada superior de uma atmosfera de hidrogênio-hélio. As conchas de ar de Saturno e Urano são as mesmas em composição. A bela cor azul de Urano se deve à alta concentração de metano na parte superior de sua atmosfera - aproximadamente .. Netuno, envolto em névoa de hidrocarbonetos, possui duas camadas principais de nuvens: uma consiste em cristais de metano congelados e a segunda, localizado abaixo, contém amônia e sulfeto de hidrogênio.

Atmosfera (de outro grego ἀτμός - vapor e σφαῖρα - bola) é uma concha gasosa (geosfera) que envolve o planeta Terra. Sua superfície interna cobre a hidrosfera e parcialmente a crosta terrestre, enquanto sua superfície externa 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 o clima na superfície da Terra, a meteorologia lida com o estudo do clima e a climatologia lida com as variações climáticas de longo prazo.

Propriedades físicas

A espessura da atmosfera é de cerca de 120 km da superfície da Terra. A massa total de ar na atmosfera é (5,1-5,3) 1018 kg. Destes, a massa de ar seco é (5,1352 ± 0,0003) 1018 kg, a massa total de vapor de água é em média 1,27 1016 kg.

A massa molar do ar limpo e seco é de 28,966 g/mol, a densidade do ar próximo à superfície do mar é de aproximadamente 1,2 kg/m3. A pressão a 0°C ao nível do mar é 101,325 kPa; temperatura crítica - -140,7 ° C (~ 132,4 K); pressão crítica - 3,7 MPa; Cp a 0°C - 1,0048 103 J/(kg K), Cv - 0,7159 103 J/(kg K) (a 0°C). A solubilidade do ar em água (em massa) a 0 ° C - 0,0036%, a 25 ° C - 0,0023%.

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.

Composição química

A atmosfera da Terra surgiu como resultado da liberação de gases durante as erupções vulcânicas. Com o advento dos oceanos e da biosfera, formou-se também devido às trocas gasosas com a água, plantas, animais e seus produtos de decomposição em solos e pântanos.

Atualmente, a atmosfera da Terra é composta principalmente por 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 (H2O) e do dióxido de carbono (CO2).

Composição do ar seco

Azoto
Oxigênio
Argônio
Água
Dióxido de carbono
Néon
Hélio
Metano
Krypton
Hidrogênio
Xenon
Óxido nitroso

Além dos gases listados na tabela, a atmosfera contém SO2, NH3, CO, ozônio, hidrocarbonetos, HCl, HF, vapor de Hg, I2, bem como NO e muitos outros gases em pequenas quantidades. Na troposfera há constantemente uma grande quantidade de partículas sólidas e líquidas em suspensão (aerossóis).

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 principal inferior da atmosfera contém mais de 80% da massa total de ar atmosférico e cerca de 90% de todo o vapor de água presente na atmosfera. Na troposfera, a turbulência e a convecção são altamente desenvolvidas, surgem nuvens, desenvolvem-se ciclones e anticiclones. A temperatura diminui com a altitude com um gradiente vertical médio de 0,65°/100 m

tropopausa

A camada de transição da troposfera para a estratosfera, a camada da atmosfera na qual a diminuição da temperatura com a altura pára.

Estratosfera

A camada da atmosfera localizada a uma altitude de 11 a 50 km. Uma ligeira mudança de temperatura na camada de 11-25 km (a camada inferior da estratosfera) e seu aumento na camada de 25-40 km de -56,5 para 0,8 °C (a camada superior da estratosfera ou região de inversão) são típicos. 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 a 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

A 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., causam luminescência atmosférica.

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. De acordo com a definição da FAI, a Linha Karman está a uma altitude de 100 km acima do nível do mar.

Limite da atmosfera da Terra

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, o ar é ionizado (“luzes polares”) - as principais regiões da ionosfera estão dentro da termosfera. Em altitudes acima de 300 km, predomina o oxigênio atômico. O limite superior da termosfera é amplamente determinado pela atividade atual do Sol. Durante períodos de baixa atividade - por exemplo, em 2008-2009 - há uma diminuição notável no tamanho dessa camada.

Termopausa

A região da atmosfera acima da termosfera. Nesta região, a absorção da radiação solar é insignificante e a temperatura não muda com a altura.

Exosfera (esfera de dispersão)

Exosfera - zona de dispersão, a parte externa da termosfera, localizada acima de 700 km. O gás na exosfera é altamente 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 a 250 km corresponde a uma temperatura de ~150°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 2.000-3.500 km, a exosfera passa gradualmente para o chamado vácuo do espaço 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 de 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, a homosfera e a heterosfera são distinguidas. A heterosfera é uma área onde a gravidade tem um efeito na separação dos gases, uma vez que a sua mistura a tal altura é insignificante. Daí segue a composição variável da heterosfera. Abaixo dela encontra-se uma parte homogênea e bem misturada da atmosfera, chamada de homosfera. O limite entre essas camadas é chamado de turbopausa e fica a uma altitude de cerca de 120 km.

Outras propriedades da atmosfera e efeitos no corpo humano

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 de uma pessoa é significativamente reduzido. É aqui que termina a zona fisiológica da atmosfera. A respiração humana torna-se impossível a uma altitude de 9 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 diminuição da pressão total da atmosfera, à medida que se sobe a uma altura, a pressão parcial de oxigênio também diminui de acordo.

Os pulmões humanos contêm constantemente cerca de 3 litros de ar alveolar. A pressão parcial de 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, a radiação ionizante, raios cósmicos primários, tem um efeito intenso no corpo; em altitudes superiores a 40 km, a parte ultravioleta do espectro solar, que é perigosa para os seres humanos, opera.

À medida que nos elevamos a uma altura cada vez maior acima da superfície da Terra, fenômenos que nos são familiares observados nas camadas mais baixas da atmosfera, como a propagação do som, a ocorrência de sustentação e arrasto aerodinâmico, transferência de calor por convecção, etc. ., enfraquecem gradualmente e depois desaparecem completamente.

Em camadas rarefeitas de ar, a propagação do som é 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, os conceitos do número M e da barreira do som familiares a todo piloto perdem o significado: passa a linha condicional de Karman, além da qual começa a área de voo puramente balístico, que só pode ser controlado usando 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. Nessa altitude, assim como no espaço em geral, a única maneira de transferir calor é a radiação térmica.

História da formação da atmosfera

De acordo com a teoria mais comum, a atmosfera da Terra esteve em três composições diferentes ao longo do tempo. Inicialmente, consistia em gases leves (hidrogênio e hélio) capturados do espaço interplanetário. Esta é a chamada 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 de água). Foi assim que se formou a atmosfera secundária (cerca de três bilhões de anos até os dias atuais). Essa atmosfera era restauradora. Além disso, o processo de formação da atmosfera foi determinado pelos seguintes fatores:

• vazamento de gases leves (hidrogênio e hélio) no 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 de uma atmosfera terciária, caracterizada 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 nitrogênio N2 se deve à oxidação da atmosfera de amônia-hidrogênio pelo oxigênio molecular O2, que começou a vir da superfície do planeta como resultado da fotossíntese, a partir de 3 bilhões de anos atrás. O nitrogênio N2 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 N2 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 em pequenas quantidades na produção industrial de fertilizantes nitrogenados. Pode ser oxidado com baixo consumo de energia e convertido em uma forma biologicamente ativa por cianobactérias (algas verde-azuladas) e bactérias nódulos que formam rizóbios simbiose com leguminosas, as chamadas. estrume verde.

Oxigênio

A composição da atmosfera começou a mudar radicalmente com o advento dos organismos vivos na Terra, como resultado da fotossíntese, acompanhada pela liberação de oxigênio e absorção de dióxido de carbono. Inicialmente, o oxigênio era gasto na oxidação de compostos reduzidos - amônia, hidrocarbonetos, a forma ferrosa do ferro contida nos oceanos, etc. Ao final dessa 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 que ocorrem na atmosfera, litosfera e biosfera, esse evento foi chamado de Catástrofe do Oxigênio.

Durante o Fanerozóico, 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 CO2 na atmosfera depende da atividade vulcânica e dos processos químicos nas conchas da Terra, mas acima de tudo - da intensidade da biossíntese e da decomposição da matéria orgânica na biosfera da Terra. Quase toda a biomassa atual do planeta (cerca de 2,4 1012 toneladas) é formada devido ao dióxido de carbono, nitrogênio e vapor d'água contidos no ar atmosférico. Enterrada no oceano, nos pântanos e nas florestas, a matéria orgânica se transforma em carvão, petróleo e gás natural.

gases nobres

A fonte de gases inertes - argônio, hélio e criptônio - são as erupções vulcânicas e o 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, o homem começou a influenciar a evolução da atmosfera. O resultado de suas atividades foi um aumento constante do teor de dióxido de carbono na atmosfera devido à combustão de combustíveis de hidrocarbonetos acumulados em épocas geológicas anteriores. Enormes quantidades de CO2 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 CO2 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, nos próximos 200-300 anos a quantidade de CO2 na atmosfera dobrará e poderá levar a mudanças climáticas globais.

A combustão de combustível é a principal fonte de gases poluentes (CO, NO, SO2). O dióxido de enxofre é oxidado pelo oxigênio atmosférico a SO3 e o óxido nítrico a NO2 na atmosfera superior, que por sua vez interage com o vapor de água, e o ácido sulfúrico resultante H2SO4 e o ácido nítrico HNO3 caem na superfície da Terra na forma de chamado. chuva ácida. O uso de motores de combustão interna leva a uma poluição significativa do ar com óxidos de nitrogênio, hidrocarbonetos e compostos de chumbo (tetraetil chumbo) Pb(CH3CH2)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.

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