Wiki Atmosfera da Terra. Estrutura vertical da atmosfera

A atmosfera se estende para cima por muitas centenas de quilômetros. Seu limite superior, a uma altitude de cerca de 2.000-3.000 quilômetros, até certo ponto, é condicional, pois os gases que o compõem, tornando-se gradativamente rarefeitos, passam para o espaço cósmico. A composição química da atmosfera, pressão, densidade, temperatura e suas outras propriedades físicas mudam com a altitude. Como mencionado anteriormente, a composição química do ar até uma altura de 100 quilômetros não muda significativamente. Um pouco mais acima, a atmosfera também consiste principalmente de nitrogênio e oxigênio. Mas em altitudes 100-110 quilômetros, Sob a influência da radiação ultravioleta do sol, as moléculas de oxigênio são divididas em átomos e surge o oxigênio atômico. Acima de 110-120 quilômetros quase todo o oxigênio se torna atômico. Supostamente acima de 400-500 quilômetros Os gases que compõem a atmosfera também estão em estado atômico.

A pressão e a densidade do ar diminuem rapidamente com a altitude. 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 alturas 5-6 quilômetros metade da massa da atmosfera está concentrada na camada 0-16 quilômetros-90%, e na camada 0-30 quilômetros- 99%. A mesma diminuição rápida na massa de ar ocorre acima de 30 km. Se peso 1 m 3 o ar na superfície da Terra é 1.033 g, então a uma altura de 20 quilômetrosé igual a 43 ge a uma altura de 40 quilômetros apenas 4 anos

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

A temperatura do ar também varia de forma desigual com a altitude. De acordo com a natureza das mudanças de temperatura com a altitude, a atmosfera é dividida em várias esferas, entre as quais existem camadas de transição, as chamadas pausas, onde a temperatura muda pouco com a altitude.

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

Apresentamos 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 o seu limite inferior. A maior altitude da troposfera é observada nas zonas equatorial e tropical. Aqui chega a 16-18 quilômetros e está sujeito a relativamente poucas mudanças diárias e sazonais. Nas regiões polares e adjacentes, o limite superior da troposfera situa-se, em média, a um nível de 8-10 km. Nas latitudes médias varia de 6-8 a 14-16 km.

A espessura vertical da troposfera depende significativamente da natureza dos processos atmosféricos. Freqüentemente, durante o dia, o limite superior da troposfera acima de um determinado ponto ou área cai ou sobe vários quilômetros. Isto se deve principalmente às 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 diminui em média 0,6° por cada 100 m, ou 6° por 1 quilômetros subindo . Isto é explicado pelo fato de que o ar na troposfera é aquecido e resfriado principalmente pela superfície terrestre.

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

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

Com a altura, a diferença de temperatura entre o equador e o pólo diminui. Por exemplo, a uma altitude de 5 quilômetros no equador a temperatura atinge -2°, -4°, e na mesma altitude 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 estas diferenças são um pouco maiores.

A energia da circulação atmosférica pode ser determinada por contratos de temperatura no pólo equatorial. Como a magnitude dos contrastes de temperatura é maior no inverno, os processos atmosféricos ocorrem de forma mais intensa do que no verão. Isto também explica o facto de os ventos predominantes de oeste na troposfera no inverno terem velocidades mais elevadas 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. A transferência horizontal é acompanhada por movimentos verticais de ar e movimentos turbulentos (desordenados). Devido à ascensão e queda de grandes volumes de ar, as nuvens se formam e se dissipam, a precipitação ocorre e cessa. 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 descoberto no início do nosso século. Em termos de propriedades físicas, a estratosfera difere nitidamente da troposfera porque a temperatura do ar aqui, via de regra, aumenta em média 1 - 2 ° por quilômetro de altitude e no limite superior, a uma altitude de 50-55 quilômetros, até se torna positivo. O aumento da temperatura nesta área é causado pela presença do ozônio (O 3), que se forma sob a influência da radiação ultravioleta do Sol. A camada de ozônio ocupa 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 da estratosfera são divididos em camadas de acordo com suas gravidades específicas. Daí o nome estratosfera (“stratus” - em camadas). Acreditava-se também que a temperatura na estratosfera se forma sob a influência do equilíbrio radiativo, ou seja, quando a radiação solar absorvida e refletida é igual.

Novos dados obtidos de radiossondas e foguetes meteorológicos mostraram que a estratosfera, assim como a alta troposfera, experimenta intensa circulação de ar com grandes mudanças de temperatura e vento. Aqui, como na troposfera, o ar experimenta movimentos verticais significativos e 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 passarmos às características das camadas superiores da atmosfera, familiarizemo-nos com a chamada ozonosfera, cujos limites correspondem aproximadamente aos limites da estratosfera.

Ozônio na atmosfera. O ozônio desempenha um papel importante na criação de regimes de temperatura e correntes de ar na estratosfera. O ozônio (O 3) é sentido por nós após uma tempestade, quando inalamos ar puro com sabor agradável. Porém, aqui não falaremos deste ozônio formado após uma tempestade, mas sim do ozônio contido na camada 10-60 quilômetros com um máximo a uma altitude de 22-25 km. O ozônio é formado sob a influência dos raios ultravioleta do Sol e, embora sua quantidade total seja pequena, desempenha um papel importante na atmosfera. O ozono tem a capacidade de absorver a radiação ultravioleta do Sol e, assim, proteger a flora e a fauna dos seus efeitos destrutivos. Mesmo aquela fração insignificante dos raios ultravioleta que atinge a superfície da Terra queima gravemente o corpo quando uma pessoa gosta demais de tomar sol.

A quantidade de ozônio varia em diferentes partes da Terra. Há mais ozônio nas latitudes altas, menos nas latitudes médias e baixas, e essa quantidade varia dependendo das mudanças das estações do ano. Há mais ozônio na primavera e menos no outono. Além disso, ocorrem flutuações não periódicas dependendo da circulação horizontal e vertical da atmosfera. Muitos processos atmosféricos estão intimamente relacionados ao conteúdo de ozônio, uma vez que tem impacto direto no campo de temperatura.

No inverno, em condições noturnas polares, em altas latitudes, ocorre radiação e resfriamento do ar na camada de ozônio. Como resultado, na estratosfera de altas latitudes (no Ártico e na Antártica) no inverno, forma-se uma região fria, um vórtice ciclônico estratosférico com grandes gradientes horizontais de temperatura e pressão, causando ventos de oeste nas latitudes médias do globo.

No verão, em condições polares, em altas latitudes, a camada de ozônio absorve o calor solar e aquece o ar. Como resultado do aumento da temperatura na estratosfera em altas latitudes, forma-se uma região de calor e um vórtice anticiclônico estratosférico. Portanto, acima das latitudes médias do globo acima de 20 quilômetros No verão, os ventos de leste predominam na estratosfera.

Mesosfera. Observações usando foguetes meteorológicos e outros métodos estabeleceram que o aumento geral da temperatura observado na estratosfera termina em altitudes de 50-55 km. Acima desta camada, a temperatura diminui novamente e no limite superior da mesosfera (cerca de 80 quilômetros) atinge -75°, -90°. Então 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 vertical médio de temperatura para a mesosfera é, respectivamente, 0,23° - 0,31° por 100 eu ou 2,3°-3,1° por 1 km. No verão é muito maior que no inverno. Como mostraram as 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 altitude de cerca de 80 quilômetros Na camada da mesopausa, a diminuição da temperatura com a altura cessa e começa seu aumento. Aqui, sob a camada de inversão ao entardecer ou antes do nascer do sol em tempo claro, observam-se nuvens finas e brilhantes, iluminadas pelo sol abaixo do horizonte. Contra o fundo escuro do céu, eles brilham com uma luz azul prateada. É por isso que essas nuvens são chamadas de noctilucentes.

A natureza das nuvens noctilucentes ainda não foi suficientemente estudada. Durante muito tempo acreditou-se que consistiam em poeira vulcânica. No entanto, a ausência de fenómenos ópticos característicos de nuvens vulcânicas reais levou ao abandono desta hipótese. Foi então sugerido que as nuvens noctilucentes eram 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 nuvens noctilucentes é determinado pela camada de bloqueio devido a inversão de temperatura durante a transição da mesosfera para a termosfera a uma altitude de cerca de 80 km. Como a temperatura na camada de subinversão atinge -80° e menos, aqui são criadas as condições mais favoráveis para a condensação do vapor d'água, que aqui entra vindo da estratosfera como resultado do movimento vertical ou por difusão turbulenta. Nuvens noctilucentes são geralmente observadas no verão, às vezes em grande número e durante vários meses.

Observações de nuvens noctilucentes estabeleceram que no verão os ventos em seu nível são altamente variáveis. As velocidades do vento variam amplamente: de 50-100 a várias centenas de quilômetros por hora.

Temperatura em altitudes. Uma representação visual da natureza da distribuição da temperatura com a altura, entre a superfície terrestre e altitudes de 90-100 km, no inverno e no verão no hemisfério norte, é dada pela Figura 5. As superfícies que separam as esferas são representadas aqui com espessura linhas tracejadas. Bem no fundo, a troposfera é claramente visível com uma diminuição característica da temperatura com a altura. Acima da tropopausa, na estratosfera, ao contrário, a temperatura geralmente aumenta com a altura e em altitudes de 50-55 quilômetros 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 quilômetros novamente aumenta para -15°. No verão, a partir da tropopausa, a temperatura aumenta com a altitude em 50 quilômetros atinge +10°. Acima da estratopausa, a temperatura diminui novamente com a altura, e a um nível de 80 quilômetros não excede -70°, -90°.

Da Figura 5 segue-se que na camada 10-40 quilômetros A temperatura do ar no inverno e no verão em altas latitudes difere drasticamente. No inverno, sob condições noturnas polares, a temperatura aqui atinge -60°, -75°, e no verão um mínimo de -45° está perto da tropopausa. Acima da tropopausa, a temperatura aumenta em altitudes de 30-35 quilômetrosé de apenas -30°, -20°, o que é causado pelo aquecimento do ar na camada de ozônio em condições diurnas polares. Resulta também da figura que mesmo na mesma estação e no mesmo nível, a temperatura não é a mesma. A diferença entre diferentes latitudes excede 20-30°. Neste caso, a heterogeneidade é especialmente significativa na camada de baixas temperaturas (18-30 quilômetros) e na camada de temperaturas máximas (50-60 quilômetros) na estratosfera, bem como na camada de baixas temperaturas na alta mesosfera (75-85quilômetros).

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

Ventos nas alturas. A distribuição sazonal da temperatura é determinada por 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 quilômetros inverno e verão no hemisfério norte. As isolinhas representam as velocidades médias do vento predominante (em m/s). Resulta da figura que o regime de ventos na estratosfera no inverno e no verão é nitidamente diferente. No inverno, tanto a troposfera como a estratosfera são dominadas por ventos de oeste com velocidades máximas de cerca de

100 m/s a uma altitude de 60-65 km. No verão, os ventos de oeste prevalecem apenas até alturas de 18-20 km. Mais acima, eles se tornam orientais, com velocidades máximas de até 70 m/s a uma altitude 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 o auxílio de foguetes, constatou-se que na termosfera já está no nível de 150 quilômetros a temperatura do ar atinge 220-240°, e a 200 quilômetros mais de 500°. Acima a temperatura continua a subir e ao nível de 500-600 quilômetros excede 1500°. Com base nos dados obtidos nos lançamentos de satélites artificiais da Terra, constatou-se que na termosfera superior a temperatura atinge cerca de 2.000° e oscila significativamente durante o dia. Surge a questão de como explicar temperaturas tão altas nas altas camadas da atmosfera. Lembre-se de que a temperatura de um gás é uma medida da velocidade média de movimento das moléculas. Na parte inferior e mais densa da atmosfera, as moléculas dos gases que compõem o ar freqüentemente colidem umas com as outras quando se movem e transferem instantaneamente energia cinética umas para as outras. Portanto, a energia cinética num meio denso é, em média, a mesma. Nas 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 muda muito entre as colisões; além disso, as moléculas de gases mais leves movem-se a velocidades mais elevadas do que as moléculas de 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 alta velocidade, 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 centenas de milhões de bilhões deles. Portanto, temperaturas excessivamente altas nas altas camadas da atmosfera, mostrando a velocidade de movimento das moléculas neste ambiente tão solto, não podem causar nem mesmo um leve aquecimento do corpo aqui localizado. Assim como uma pessoa não sente altas temperaturas sob a luz ofuscante de lâmpadas elétricas, embora os filamentos em um ambiente rarefeito aqueçam instantaneamente até vários milhares de graus.

Na baixa termosfera 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 quilômetros ainda são insuficientes para conclusões finais sobre a estrutura, o regime e os processos que neles se desenvolvem. Porém, 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 influência da radiação solar ultravioleta. Na termosfera, o regime de temperatura é muito influenciado por corpusculares, raios X e. radiação ultravioleta do Sol. Aqui, mesmo durante o dia, ocorrem mudanças bruscas de temperatura e vento.

Ionização da atmosfera. A característica mais interessante da atmosfera está acima de 60-80 quilômetrosé dela ionizacao, isto é, 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 em estado atômico. Sob a influência das radiações ultravioleta e corpuscular do Sol, que possuem alta energia, ocorre o processo de separação dos elétrons dos átomos neutros e das moléculas de ar. Esses átomos e moléculas que perderam um ou mais elétrons tornam-se carregados positivamente, e o elétron livre pode reunir-se a um átomo ou molécula neutra e dotá-lo de sua carga negativa. Esses átomos e moléculas carregados positiva e negativamente são chamados íons, e gases - ionizado, isto é, tendo recebido uma carga elétrica. Em concentrações mais altas 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. Nessas camadas existem condições ótimas para ionização. Aqui, a densidade do ar é visivelmente maior do que na alta atmosfera, e o fornecimento de radiação ultravioleta e corpuscular do Sol é suficiente para o processo de ionização.

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

No entanto, sabe-se que por vezes as comunicações de rádio em ondas curtas são interrompidas. Isso ocorre como resultado de erupções cromosféricas no Sol, devido às quais a radiação ultravioleta do Sol aumenta acentuadamente, levando a fortes perturbações na ionosfera e no campo magnético da Terra - tempestades magnéticas. Durante tempestades magnéticas, as comunicações de rádio são interrompidas, uma vez que o movimento das partículas carregadas depende do campo magnético. Durante tempestades magnéticas, a ionosfera reflete pior as ondas de rádio ou as transmite para o espaço. Principalmente com mudanças na atividade solar, acompanhadas pelo 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 novas pesquisas, em uma camada ionizada poderosa existem zonas onde a concentração de elétrons livres atinge uma concentração ligeiramente maior do que nas camadas vizinhas. São conhecidas quatro dessas zonas, localizadas em altitudes de cerca de 60-80, 100-120, 180-200 e 300-400. quilômetros e são designados por 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 aumentam tanto a ionização dos gases que começam a brilhar. É assim que eles surgem 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 em latitudes médias e, em casos raros, até na zona tropical. Por exemplo, a intensa aurora observada de 21 a 22 de janeiro de 1957 foi visível em quase todas as regiões do sul do nosso país.

Ao fotografar auroras de dois pontos localizados a uma distância de várias dezenas de quilômetros, a altura das auroras é determinada com grande precisão. Normalmente as auroras estão localizadas a uma altitude de cerca de 100 quilômetros, São frequentemente encontrados a uma altitude de várias centenas de quilómetros e, por vezes, a um nível de cerca de 1000 km. Embora a natureza das auroras tenha sido esclarecida, ainda existem muitas questões não resolvidas relacionadas a este fenômeno. As razões para a diversidade de formas de auroras ainda são desconhecidas.

De acordo com o terceiro satélite soviético, entre as altitudes 200 e 1000 quilômetros Durante o dia, predominam os íons positivos de oxigênio molecular dividido, ou seja, oxigênio atômico (O). Cientistas soviéticos estão explorando a ionosfera usando satélites artificiais da série Cosmos. Cientistas americanos também estudam a ionosfera por meio de satélites.

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

Exosfera (esfera de dispersão) - a parte superior da atmosfera, localizada acima de 800 km. Foi pouco estudado. De acordo com dados observacionais e cálculos teóricos, a temperatura na exosfera aumenta com a altitude, presumivelmente até 2.000°. Ao contrário da ionosfera inferior, na exosfera os gases são tão rarefeitos que as suas partículas, movendo-se a velocidades enormes, quase nunca se encontram.

Até há relativamente pouco tempo, presumia-se que o limite convencional da atmosfera estava a uma altitude de cerca de 1000 km. No entanto, com base na frenagem de satélites artificiais da Terra, foi estabelecido que em altitudes de 700-800 quilômetros em 1 cm3 contém até 160 mil íons positivos de oxigênio atômico e nitrogênio. Isto sugere que as camadas carregadas da atmosfera se estendem pelo espaço por uma distância muito maior.

Em altas temperaturas na fronteira convencional da atmosfera, as velocidades das partículas de gás atingem aproximadamente 12 km/seg. Nessas velocidades, os gases escapam gradualmente da região de gravidade para o espaço interplanetário. Isso acontece durante um longo período de tempo. Por exemplo, partículas de hidrogênio e hélio são transportadas 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 Cosmos e Electron, quanto de foguetes geofísicos e estações espaciais Mars-1, Luna-4, etc. de valor. Assim, de acordo com fotografias tiradas no espaço por V. Nikolaeva-Tereshkova, foi estabelecido que a uma altitude de 19 quilômetros Existe uma camada de poeira da Terra. Isto foi confirmado por dados obtidos pela tripulação da espaçonave Voskhod. Aparentemente, existe uma estreita ligação entre a camada de poeira e a chamada nuvens peroladas,às vezes observado em altitudes de cerca de 20-30km.

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

espaço, os gases são muito rarefeitos e a concentração de partículas não ultrapassa várias unidades em 1 cm3, não se tornou realidade. A pesquisa mostrou que o espaço próximo à Terra está cheio de partículas carregadas. Com base nisso, foi apresentada uma hipótese sobre a existência de zonas ao redor da Terra com um conteúdo visivelmente aumentado de partículas carregadas, ou seja, cinturões de radiação- interno e externo. Novos dados ajudaram a esclarecer as coisas. Descobriu-se que também existem partículas carregadas entre os cinturões de radiação interno e externo. 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. Quando se intensifica, ou seja, quando aparecem no Sol manchas e jatos de gás, ejetados ao longo de centenas de milhares de quilômetros, aumenta o fluxo de 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 de um voo para o espaço, o estado e a posição das zonas de radiação são determinados, e a órbita da espaçonave é escolhida de forma que ela passe fora das áreas de maior radiação. Contudo, as altas camadas da atmosfera, bem como o espaço exterior próximo da Terra, ainda foram pouco explorados.

O estudo das altas camadas da atmosfera e do espaço próximo à Terra utiliza ricos dados obtidos de satélites Cosmos e estações espaciais.

As altas camadas da atmosfera são as menos estudadas. No entanto, os métodos modernos de sua pesquisa nos permitem esperar que nos próximos anos as pessoas conheçam muitos detalhes da estrutura da atmosfera em que vivem.

Concluindo, apresentamos um corte vertical esquemático da atmosfera (Fig. 7). Aqui, as altitudes em quilômetros e a pressão atmosférica 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 altitudes correspondentes são anotados os fenômenos mais importantes observados na atmosfera, bem como as altitudes máximas atingidas pelas radiossondas e outros meios de detecção da atmosfera.

- Fonte-

Poghosyan, Kh.P. Atmosfera da Terra / H.P. Poghosyan [e outros]. – M.: Educação, 1970.- 318 p.

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Composição da Terra. Ar

O ar é uma mistura mecânica de vários gases que constituem a atmosfera terrestre. O ar é necessário para a respiração dos organismos vivos e é amplamente utilizado na indústria.

O fato de o ar ser uma mistura, e não uma substância homogênea, foi comprovado durante os experimentos do cientista escocês Joseph Black. Durante uma delas, o cientista descobriu que quando a magnésia branca (carbonato de magnésio) é aquecida, é liberado “ar preso”, ou seja, dióxido de carbono, e forma-se magnésia queimada (óxido de magnésio). Ao queimar calcário, pelo contrário, o “ar preso” é removido. Com base nesses experimentos, o cientista concluiu que a diferença entre o dióxido de carbono e os álcalis cáusticos é que o primeiro contém dióxido de carbono, que é um dos constituintes do ar. Hoje sabemos que além do dióxido de carbono, a composição do ar terrestre inclui:

A proporção de gases na atmosfera terrestre indicada na tabela é típica de suas camadas inferiores, até uma altitude de 120 km. Nessas áreas existe uma região bem misturada e homogênea chamada homosfera. Acima da homosfera fica a heterosfera, que é caracterizada pela decomposição de moléculas de gás em átomos e íons. As regiões são separadas umas das outras por uma pausa turbo.

A reação química na qual as moléculas são decompostas em átomos sob a influência da radiação solar e cósmica é chamada de fotodissociação. A decomposição do oxigênio molecular produz oxigênio atômico, que é o principal gás da atmosfera em altitudes acima de 200 km. Em altitudes acima de 1.200 km, o hidrogênio e o hélio, que são os gases mais leves, começam a predominar.

Como a maior parte do ar está concentrada nas 3 camadas atmosféricas inferiores, as mudanças na composição do ar em altitudes acima de 100 km não têm um efeito perceptível na composição geral da atmosfera.

O nitrogênio é o gás mais comum, representando mais de três quartos do volume de ar da Terra. O nitrogênio moderno foi formado pela oxidação da atmosfera inicial de amônia-hidrogênio pelo oxigênio molecular, que é formado durante a fotossíntese. Atualmente, pequenas quantidades de nitrogênio entram na atmosfera como resultado da desnitrificação - processo de redução de nitratos a nitritos, seguido pela formação de óxidos gasosos e nitrogênio molecular, que é produzido por procariontes anaeróbicos. Algum nitrogênio entra na atmosfera durante erupções vulcânicas.

Nas camadas superiores da atmosfera, quando exposto a descargas elétricas com a participação do ozônio, o nitrogênio molecular é oxidado a monóxido de nitrogênio:

N 2 + O 2 → 2NO

Em condições normais, o monóxido reage imediatamente com o oxigênio para formar óxido nitroso:

2NO + O 2 → 2N 2 O

O nitrogênio é o elemento químico mais importante da atmosfera terrestre. O nitrogênio faz parte das proteínas e fornece nutrição mineral às plantas. Ele determina a taxa de reações bioquímicas e desempenha o papel de diluente de oxigênio.

O segundo gás mais comum na atmosfera da Terra é o oxigênio. A formação desse gás está associada à atividade fotossintética de plantas e bactérias. E quanto mais diversos e numerosos os organismos fotossintéticos se tornavam, mais significativo se tornava o processo de conteúdo de oxigênio na atmosfera. Uma pequena quantidade de oxigênio pesado é liberada durante a desgaseificação do manto.

Nas camadas superiores da troposfera e estratosfera, sob a influência da radiação solar ultravioleta (denotamos como hν), o ozônio é formado:

O 2 + hν → 2O

Como resultado da mesma radiação ultravioleta, o ozônio se decompõe:

O 3 + hν → O 2 + O

O 3 + O → 2O 2

Como resultado da primeira reação, forma-se o oxigênio atômico e, como resultado da segunda, forma-se o oxigênio molecular. Todas as 4 reações são chamadas de “mecanismo Chapman”, em homenagem ao cientista britânico Sidney Chapman que as descobriu em 1930.

O oxigênio é usado para a respiração dos organismos vivos. Com sua ajuda ocorrem processos de oxidação e combustão.

O ozônio serve para proteger os organismos vivos da radiação ultravioleta, que causa mutações irreversíveis. A maior concentração de ozônio é observada na estratosfera inferior, dentro da chamada. camada de ozônio ou tela de ozônio, situada em altitudes de 22 a 25 km. O teor de ozônio é pequeno: à pressão normal, todo o ozônio da atmosfera terrestre ocuparia uma camada de apenas 2,91 mm de espessura.

A formação do terceiro gás mais comum na atmosfera, o argônio, assim como o néon, o hélio, o criptônio e o xenônio, está associada a erupções vulcânicas e à decomposição de elementos radioativos.

Em particular, o hélio é um produto do decaimento radioativo do urânio, tório e rádio: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (nessas reações a partícula α é o núcleo de hélio, que durante o processo de perda de energia, captura elétrons e se transforma em 4 He).

O argônio é formado durante o decaimento do isótopo radioativo do potássio: 40 K → 40 Ar + γ.

Neon escapa de rochas ígneas.

O crípton é formado como o produto final da decomposição do urânio (235 U e 238 U) e do tório Th.

A maior parte do criptônio atmosférico foi formada nos estágios iniciais da evolução da Terra como resultado da decomposição de elementos transurânicos com meia-vida fenomenalmente curta ou veio do espaço, onde o conteúdo de criptônio é dez milhões de vezes maior do que na Terra.

O xenônio é o resultado da fissão do urânio, mas a maior parte desse gás permanece desde os primeiros estágios da formação da Terra, desde a atmosfera primordial.

O dióxido de carbono entra na atmosfera como resultado de erupções vulcânicas e durante a decomposição da matéria orgânica. Seu conteúdo na atmosfera das latitudes médias da Terra varia muito dependendo das estações do ano: no inverno a quantidade de CO 2 aumenta e no verão diminui. Essa flutuação está associada à atividade das plantas que utilizam dióxido de carbono no processo de fotossíntese.

O hidrogênio é formado como resultado da decomposição da água pela radiação solar. Mas, sendo o mais leve dos gases que compõem a atmosfera, evapora constantemente para o espaço sideral e, portanto, seu conteúdo na atmosfera é muito pequeno.

O vapor d'água é o resultado da evaporação da água da superfície de lagos, rios, mares e terras.

A concentração dos principais gases nas camadas inferiores da atmosfera, com exceção do vapor d'água e do dióxido de carbono, é constante. Em pequenas quantidades, a atmosfera contém óxido de enxofre SO 2, amônia NH 3, monóxido de carbono CO, ozônio O 3, cloreto de hidrogênio HCl, fluoreto de hidrogênio HF, monóxido de nitrogênio NO, hidrocarbonetos, vapor de mercúrio Hg, iodo I 2 e muitos outros. Na camada atmosférica inferior, a troposfera, existe sempre uma grande quantidade de partículas sólidas e líquidas em suspensão.

As fontes de partículas na atmosfera terrestre incluem erupções vulcânicas, pólen, microrganismos e, mais recentemente, atividades humanas, como a queima de combustíveis fósseis durante a produção. As menores partículas de poeira, que são núcleos de condensação, provocam a formação de nevoeiros e nuvens. Sem material particulado constantemente presente na atmosfera, a precipitação não cairia na Terra.

Vamos descobrir o que é? Como você sabe, ele está rodeado por uma concha que consiste principalmente de gases. A atmosfera da Terra é precisamente esta concha. Vale ressaltar que pertence a uma das chamadas geosferas.
É importante que a atmosfera do planeta seja, por assim dizer, a sua continuação. Porque a massa de gás se move com a Terra. E só gradualmente, pode-se dizer, ele flui suavemente para o espaço sideral.

Em que consiste a atmosfera da Terra?

Acontece que a atmosfera do planeta Terra surgiu devido a dois fatores:

queda de objetos espaciais na superfície do nosso planeta. Ou melhor, a evaporação das substâncias que constituem esses corpos;
desgaseificação do manto terrestre. Simplificando, as emissões de gases que ocorrem durante as erupções vulcânicas.

Porém, a presença de água, flora e fauna no planeta desempenhou um papel importante. Porque tudo isso levou ao surgimento da biosfera, bem como a uma mudança na atmosfera.
Segundo os cientistas, a atmosfera inclui gases e diversas impurezas. Por exemplo, como poeira, partículas de água, cristais de gelo, sais marinhos e produtos de combustão.

A atmosfera da Terra e sua estrutura

É claro que a esfera gasosa que nos rodeia não é apenas uma fina camada de água e ar no planeta. É uma espécie de manto de nuvens. Abriga-nos e protege-nos dos efeitos das forças cósmicas. No momento, foram identificadas certas camadas que constituem a atmosfera da Terra. Vamos examiná-los com mais detalhes abaixo.

Esta é a camada principal e também a inferior da camada de ar. Além disso, contém mais de 80% da massa total de ar e aproximadamente 90% de todo o vapor d'água que existe em toda a atmosfera. Tendo em conta a latitude geográfica, o limite superior desta parte circular pode situar-se a uma altitude de 8 a 18 km.
Curiosamente, a convecção e a turbulência são pronunciadas na troposfera. Além disso, é nesta parte que se formam as nuvens, ocorre a criação de ciclones e anticiclones. Os cientistas também notaram uma característica dessa camada atmosférica: quanto mais alta, mais baixa é a temperatura do ar.
A propósito, a baixa troposfera é a camada limite. Tem aproximadamente 1-2 km de espessura. Acontece que está intimamente ligado à superfície do nosso planeta. Na verdade, nele as propriedades e o estado da esfera terrestre influenciam toda a concha circundante.

Tropopausa

Este é o nome dado à região de transição entre a troposfera e a estratosfera. Simplificando, uma transformação suave de um para outro. É interessante que haja uma pausa na diminuição da temperatura do ar com o aumento da altitude.

Estratosfera como uma região da atmosfera terrestre

Esta área atmosférica está localizada a uma altitude de 11 a 50 km. É importante que seja aqui que se encontra a camada de ozono. E, como você sabe, nos protege da radiação ultravioleta.
A estratosfera representa aproximadamente 20% da massa total da concha terrestre.
Uma característica é que na parte inferior (11-25 km) há uma ligeira mudança de temperatura, e na parte superior (25-40 km), pelo contrário, há um aumento ativo. Aliás, a parte superior se chama área de inversão.

Estratopausa

O que chama a atenção é que a 40 km a temperatura é de 00C, e permanece até 55 km. Este território é denominado estratopausa. A propósito, representa o limite da estratosfera e a transição dela para a mesosfera.

Mesosfera

Na verdade, tem origem na cota de 50 km. E seu limite superior está localizado entre 80 e 90 km. Segundo os cientistas, a temperatura na mesosfera diminui com o aumento da altitude. No entanto, aqui ocorre troca de calor radiante. Além disso, processos fotoquímicos complexos dão origem ao brilho da atmosfera terrestre.
A participação da mesosfera em relação à massa total não passa de 0,3%.

Mesopausa

Esta é a região de transição da mesosfera para a termosfera. Vale a pena notar que a temperatura de fundo é mínima (cerca de -90°C).

Linha Karman

Na verdade, este é o ponto mais alto acima do nível do mar. Além disso, costuma-se tomá-lo como o limite da área que vai da atmosfera da Terra ao próprio espaço. Foi estabelecido que a linha Karman fica a uma altitude de 100 km do nível do mar.

A atmosfera da Terra e sua termosfera

Podemos dizer que é o limite superior da zona aérea do planeta (aproximadamente 800 km). Mas a temperatura de toda a região é diferente. Por exemplo, até 200-300 km há um aumento para 1500 K, e depois disso permanece no mesmo valor.

Curiosamente, as auroras são observadas nesta área. Muito provavelmente, eles aparecem como resultado da ionização do ar. Que, por sua vez, surgem sob a influência da radiação solar e da radiação cósmica. Aliás, aqui estão as principais e principais regiões da ionosfera.
Além disso, em altitudes acima de 300 km existe uma grande quantidade de oxigênio atômico.
Surpreendentemente, o limite superior da termosfera pode mudar de tamanho. Isto se deve principalmente à atividade solar. Assim, por exemplo, num momento de baixa atividade ela diminui e vice-versa.
Da massa atmosférica total da Terra, a termosfera representa pouco menos de 0,05%.

Termopausa

A rigor, esta é a região que se localiza acima da termosfera. Há uma ligeira absorção da radiação solar aqui. Além disso, constatou-se que a temperatura permanece inalterada.

Exosfera

Também é chamado de forma diferente esfera de dispersão. Além disso, é a parte externa da termosfera. Nesta zona, o gás é altamente rarefeito. Por esta razão, seus elementos vazam para o espaço.
No nível de 2.000 a 3.000 km, a exosfera se funde lentamente com o território interplanetário. Portanto, esta área é frequentemente chamada de vácuo do espaço próximo. Nele, o espaço é preenchido com partículas raras de gases, principalmente átomos de hidrogênio.

Em que mais consiste a atmosfera da Terra?

Além das camadas territoriais de ar da Terra, é feita uma distinção entre a ionosfera e a neutronosfera. Eles são divididos de acordo com suas propriedades elétricas. Como já mencionado, a ionosfera está predominantemente localizada na termosfera. E está relacionado com a ionização do ar. Mas nem todo mundo entende o que é a neutrosfera. Simplificando, esta é a parte inferior da camada atmosférica. É dominado por partículas não carregadas do ar da Terra.

Além disso, no envelope aéreo que nos rodeia, os cientistas identificaram duas áreas:
1) Heterosfera- a área onde as forças gravitacionais afetam os gases. Assim ficam ligeiramente misturados. Por esta razão, a composição da heterosfera é variável.
2) Homosfera- uma área sob a heterosfera onde são observados gases altamente misturados. Portanto a composição é homogênea.
Além disso, existe uma fronteira entre essas zonas. Eles a chamam pausa turbo. Seu território se estende a 120 km de altitude.

Como você pode ver, a atmosfera do planeta Terra é bastante interessante em sua estrutura. Embora eu não possa dizer que seja totalmente complicado. Com toda a probabilidade, nós o estudamos muito bem. Mas a natureza sempre nos surpreende.

Troposfera

Seu limite superior está a uma altitude de 8-10 km nas latitudes polares, 10-12 km nas latitudes temperadas e 16-18 km nas latitudes tropicais; menor no inverno do que no verão. A camada principal inferior da atmosfera contém mais de 80% da massa total do ar atmosférico e cerca de 90% do vapor d'água total presente na atmosfera. A turbulência e a convecção são altamente desenvolvidas na troposfera, surgem nuvens e se desenvolvem ciclones e anticiclones. A temperatura diminui com o aumento da altitude com um gradiente vertical médio de 0,65°/100 m