A schimbat suprafața pământului. Nu mai puțin importantă a fost activitatea vântului, care transporta mici fracțiuni de roci pe distanțe lungi. Fluctuațiile de temperatură și alți factori atmosferici au influențat semnificativ distrugerea rocilor. Odată cu aceasta, A. protejează suprafața Pământului de acțiunea distructivă a meteoriților în cădere, dintre care majoritatea ard atunci când intră în straturile dense ale atmosferei.

Activitatea organismelor vii, care a avut o influență puternică asupra dezvoltării lui A. în sine, depinde în foarte mare măsură de condițiile atmosferice. A. întârzie cea mai mare parte a radiațiilor ultraviolete ale soarelui, ceea ce are un efect dăunător asupra multor organisme. Oxigenul atmosferic este folosit în procesul de respirație de către animale și plante, dioxidul de carbon atmosferic - în procesul de nutriție a plantelor. Factorii climatici, în special regimul termic și regimul de umiditate, afectează starea de sănătate și activitatea umană. Agricultura depinde în special de condițiile climatice. La rândul său, activitatea umană exercită o influență din ce în ce mai mare asupra compoziției atmosferei și asupra regimului climatic.

Structura atmosferei

Distribuția verticală a temperaturii în atmosferă și terminologia aferentă.

Numeroase supravegheri arată că And. are o structură stratificată exprimată cu precizie (vezi fig.). Principalele caracteristici ale structurii stratificate a unei atmosfere sunt determinate în primul rând de caracteristicile distribuției verticale a temperaturii. În partea cea mai de jos a A. - troposfera, unde se observă amestecuri intense de turbulențe (vezi Turbulența în atmosferă și hidrosferă), temperatura scade odată cu creșterea altitudinii, iar scăderea temperaturii de-a lungul mediilor verticale este de 6 ° la 1 km. Înălțimea troposferei variază de la 8-10 km la latitudini polare până la 16-18 km în apropierea ecuatorului. Datorită faptului că densitatea aerului scade rapid odată cu înălțimea, în troposferă se concentrează aproximativ 80% din masa totală A. Deasupra troposferei se află un strat de tranziție - tropopauza cu o temperatură de 190-220, deasupra căruia stratosferă. începe. În partea inferioară a stratosferei, scăderea temperaturii odată cu înălțimea se oprește, iar temperatura rămâne aproximativ constantă până la o altitudine de 25 km - așa-numita. zonă izotermă(stratosfera inferioară); temperatura mai mare începe să crească - regiune de inversare (stratosfera superioară). Temperatura atinge vârfurile la ~270 K la nivelul stratopauzei, situată la o altitudine de aproximativ 55 km. Stratul A., ​​situat la altitudini de la 55 la 80 km, unde temperatura scade din nou odată cu înălțimea, a fost numit mezosferă. Deasupra acestuia se află un strat de tranziție - mezopauză, deasupra căruia se află termosfera, unde temperatura, crescând odată cu înălțimea, atinge valori foarte mari (peste 1000 K). Chiar mai sus (la altitudini ~ 1.000 km sau mai mult) este exosfera, de unde gazele atmosferice sunt disipate în spațiul mondial datorită disipării și unde are loc o tranziție treptată de la aerul atmosferic la spațiul interplanetar. De obicei, toate straturile atmosferei de deasupra troposferei sunt numite straturile superioare, deși uneori stratosfera sau partea sa inferioară sunt denumite și straturile inferioare ale atmosferei.

Toți parametrii structurali ai unei atmosfere (temperatura, presiunea, densitatea) prezintă o variabilitate spațială și temporală semnificativă (latitudinală, anuală, sezonieră, zilnică etc.). Prin urmare, datele din fig. reflectă doar starea medie a atmosferei.

Schema structurii atmosferei:
1 - nivelul mării; 2 - cel mai înalt punct al Pământului - Muntele Chomolungma (Everest), 8848 m; 3 - nori cumulus de vreme buna; 4 - nori cumulus puternici; 5 - nori de ploaie (furtună); 6 - nori nimbostratus; 7 - nori cirus; 8 - aeronave; 9 - strat de concentrație maximă de ozon; 10 - nori sidefați; 11 - balon stratosferic; 12 - radiosonda; 1З - meteori; 14 - nori noctilucenți; 15 - aurore; 16 - Aeronavă rachetă americană X-15; 17, 18, 19 - unde radio reflectate din straturile ionizate și care se întorc pe Pământ; 20 - unda sonoră reflectată din stratul cald și care se întoarce pe Pământ; 21 - primul satelit artificial sovietic al Pământului; 22 - rachetă balistică intercontinentală; 23 - rachete de cercetare geofizică; 24 - sateliți meteorologici; 25 - nave spațiale „Soyuz-4” și „Soyuz-5”; 26 - rachete spațiale care părăsesc atmosfera, precum și o undă radio care pătrunde în straturile ionizate și părăsește atmosfera; 27, 28 - disiparea (alunecarea) atomilor de H și He; 29 - traiectoria protonilor solari P; 30 - pătrunderea razelor ultraviolete (lungime de undă l> 2000 și l< 900).

Structura stratificată a atmosferei are multe alte manifestări diverse. Compoziția chimică a atmosferei este eterogenă ca înălțime.Dacă la înălțimi de până la 90 km, unde are loc amestecarea intensă a atmosferei, compoziția relativă a componentelor constante ale atmosferei rămâne practic neschimbată (toată această grosime a atmosferei se numește homosfera), apoi peste 90 km - in heterosferă- sub influența disocierii moleculelor de gaze atmosferice de către radiația ultravioletă a soarelui, se produce o modificare puternică a compoziției chimice a agenților atmosferici odată cu înălțimea. Caracteristicile tipice ale acestei părți a A. sunt straturile de ozon și strălucirea proprie a atmosferei. O structură stratificată complexă este caracteristică aerosolului atmosferic - particule solide de origine terestră și cosmică suspendate în aer. Cele mai comune straturi de aerosoli sunt sub tropopauza si la o altitudine de aproximativ 20 km. Stratificată este distribuția verticală a electronilor și ionilor în atmosferă, care se exprimă în existența straturilor D, E și F ale ionosferei.

Compoziția atmosferei

Una dintre componentele cele mai active din punct de vedere optic este aerosolul atmosferic - particulele suspendate în aer cu dimensiuni de la câțiva nm la câteva zeci de microni, formate în timpul condensării vaporilor de apă și care intră în atmosferă de la suprafața pământului ca urmare a poluării industriale, erupții vulcanice și, de asemenea, din spațiu. Aerosolul se observă atât în ​​troposferă, cât și în straturile superioare ale lui A. Concentrația de aerosoli scade rapid odată cu altitudinea, dar acestei variații se suprapun numeroase maxime secundare asociate cu existența straturilor de aerosoli.

atmosfera superioară

Peste 20–30 km, moleculele unui atom, ca rezultat al disocierii, se descompun într-un grad sau altul în atomi, iar într-un atom apar atomi liberi și molecule noi, mai complexe. Ceva mai ridicate, procesele de ionizare devin semnificative.

Cea mai instabilă regiune este heterosfera, unde procesele de ionizare și disociere dau naștere la numeroase reacții fotochimice care determină modificarea compoziției aerului cu înălțimea. Aici are loc și separarea gravitațională a gazelor, care se exprimă prin îmbogățirea treptată a atmosferei cu gaze mai ușoare pe măsură ce altitudinea crește. Conform măsurătorilor rachetei, separarea gravitațională a gazelor neutre - argon și azot - se observă peste 105-110 km. Componentele principale ale A. într-un strat de 100–210 km sunt azotul molecular, oxigenul molecular și oxigenul atomic (concentrația acestuia din urmă la un nivel de 210 km atinge 77 ± 20% din concentrația de azot molecular).

Partea superioară a termosferei este formată în principal din oxigen atomic și azot. La o altitudine de 500 km, oxigenul molecular este practic absent, dar azotul molecular, a cărui concentrație relativă scade mult, domină încă azotul atomic.

În termosferă, un rol important îl au mișcările mareelor ​​(vezi fluxul și refluxul), undele gravitaționale, procesele fotochimice, o creștere a drumului liber mediu al particulelor și alți factori. Rezultatele observațiilor decelerării satelitului la altitudini de 200-700 km au condus la concluzia că există o relație între densitate, temperatură și activitatea solară, care este asociată cu existența unei variații zilnice, semestriale și anuale a parametrilor structurali. . Este posibil ca variațiile diurne să se datoreze în mare măsură mareelor ​​atmosferice. În perioadele de erupții solare, temperatura la o altitudine de 200 km la latitudini joase poate ajunge la 1700-1900°C.

Peste 600 km, heliul devine componenta predominantă, iar chiar mai sus, la altitudini de 2-20 mii km, se extinde corona de hidrogen a Pământului. La aceste înălțimi, Pământul este înconjurat de un înveliș de particule încărcate, a cărui temperatură atinge câteva zeci de mii de grade. Aici sunt centurile de radiații interioare și exterioare ale Pământului. Centura interioară, plină în principal cu protoni cu o energie de sute de MeV, este limitată de altitudini de 500-1600 km la latitudini de la ecuator până la 35-40°. Centura exterioară este formată din electroni cu energii de ordinul a sute de keV. În spatele centurii exterioare, există o „centură cea mai exterioară”, în care concentrația și fluxurile de electroni sunt mult mai mari. Pătrunderea radiației corpusculare solare (vânt solar) în straturile superioare ale unei aurore dă naștere aurorelor. Sub influența acestui bombardament al atmosferei superioare de către electronii și protonii coroanei solare, este excitată și strălucirea naturală a atmosferei, care se numea anterior strălucirea cerului nopții. Când vântul solar interacționează cu câmpul magnetic al Pământului, se creează o zonă, care a primit numele. magnetosfera Pământului, unde fluxurile de plasmă solară nu pătrund.

Straturile superioare ale A. se caracterizează prin existenţa vântului puternic, a căror viteză atinge 100-200 m/sec. Viteza și direcția vântului în troposferă, mezosferă și termosfera inferioară au o mare variabilitate spațiu-timp. Deși masa straturilor superioare ale atmosferei este nesemnificativă în comparație cu masa straturilor inferioare, iar energia proceselor atmosferice în straturile înalte este relativ mică, aparent, există o oarecare influență a straturilor înalte ale atmosferei asupra vremea și clima în troposferă.

Bilanțele de radiații, căldură și apă ale atmosferei

Practic, singura sursă de energie pentru toate procesele fizice care se desfășoară în Armenia este radiația solară. Caracteristica principală a regimului de radiații a lui A. - așa-numita. efect de seră: A. absoarbe slab radiația solară cu unde scurte (cea mai mare parte ajunge la suprafața pământului), dar întârzie radiația termică cu unde lungi (în întregime infraroșu) de pe suprafața pământului, ceea ce reduce semnificativ transferul de căldură al pământului în spațiul cosmic și îi crește temperatura.

Radiația solară care intră în A. este parțial absorbită în A., în principal de vapori de apă, dioxid de carbon, ozon și aerosoli, și este împrăștiată de particulele de aerosoli și fluctuațiile densității lui A. Ca urmare a împrăștierii radiantului energia Soarelui, nu numai energia solară directă se observă în A., ci și radiația împrăștiată, împreună formând radiația totală. Ajungând la suprafața pământului, radiația totală este reflectată parțial de pe acesta. Cantitatea de radiație reflectată este determinată de reflectivitatea suprafeței subiacente, așa-numita. albedo. Datorită radiației absorbite, suprafața pământului se încălzește și devine o sursă de radiație proprie cu undă lungă îndreptată spre Pământ.La rândul său, Pământul emite și radiații cu undă lungă îndreptată către suprafața pământului (așa-numitele anti- radiația pământului) și în spațiul mondial (așa-numitul spațiu).radiația de ieșire). Schimbul rațional de căldură între suprafața pământului și A. este determinat de radiația efectivă - diferența dintre radiația proprie de suprafață a Pământului și antiradiația A absorbită de acesta Diferența dintre radiația de undă scurtă absorbită de suprafața pământului și radiația efectivă este numită balanța radiațiilor.

Conversia energiei radiației solare după ce aceasta a fost absorbită pe suprafața pământului și în energie atmosferică constituie echilibrul termic al pământului. Principala sursă de căldură pentru atmosferă este suprafața pământului, care absoarbe cea mai mare parte a radiației solare. Deoarece absorbția radiației solare în A. este mai mică decât pierderea de căldură de la A. către spațiul mondial prin radiația cu undă lungă, consumul de căldură radiativă este completat prin afluxul de căldură către A. de la suprafața pământului sub formă a transferului turbulent de căldură și a sosirii căldurii ca urmare a condensării vaporilor de apă în A. Încă din final cantitatea de condensare în toată Africa este egală cu cantitatea de precipitații și, de asemenea, cu cantitatea de evaporare de la suprafața pământului; afluxul de căldură de condensare în Azerbaidjan este numeric egal cu căldura cheltuită la evaporare pe suprafața Pământului (vezi și Bilanțul apei).

O parte din energia radiației solare este cheltuită pentru menținerea circulației generale a atmosferei și pentru alte procese atmosferice, dar această parte este nesemnificativă în comparație cu principalele componente ale bilanţului termic.

mișcarea aerului

Datorită mobilității mari a aerului atmosferic, vânturile sunt observate la toate altitudinile cerului. Mișcările aerului depind de mulți factori, principalul dintre care este încălzirea neuniformă a aerului în diferite regiuni ale globului.

În apropierea suprafeței Pământului există contraste deosebit de mari de temperatură între ecuator și poli datorită diferenței de sosire a energiei solare la diferite latitudini. Împreună cu aceasta, distribuția temperaturii este influențată de locația continentelor și oceanelor. Datorită capacității ridicate de căldură și conductibilității termice a apelor oceanice, oceanele atenuează semnificativ fluctuațiile de temperatură care apar ca urmare a modificărilor sosirii radiației solare pe parcursul anului. În acest sens, la latitudini temperate și înalte, temperatura aerului de peste oceane vara este vizibil mai scăzută decât cea de pe continente, iar iarna este mai mare.

Încălzirea neuniformă a atmosferei contribuie la dezvoltarea unui sistem de curenți de aer pe scară largă - așa-numitul. circulația generală a atmosferei, care creează un transfer orizontal de căldură în aer, în urma căruia diferențele de încălzire a aerului atmosferic în anumite regiuni sunt netezite vizibil. Odată cu aceasta, circulația generală desfășoară un ciclu al umidității în Africa, în cursul căruia vaporii de apă sunt transferați din oceane pe uscat și continentele sunt umezite. Mișcarea aerului într-un sistem de circulație generală este strâns legată de distribuția presiunii atmosferice și depinde și de rotația Pământului (vezi forța Coriolis). La nivelul mării, distribuția presiunii se caracterizează printr-o scădere în apropierea ecuatorului, o creștere a zonelor subtropicale (zone de înaltă presiune) și o scădere a latitudinilor temperate și înalte. În același timp, pe continentele de latitudini extratropicale, presiunea este de obicei crescută iarna și coborâtă vara.

Un sistem complex de curenți de aer este asociat cu distribuția planetară a presiunii, unele dintre ele sunt relativ stabile, în timp ce altele se schimbă constant în spațiu și timp. Curenții de aer stabili includ vânturile alize, care sunt direcționate de la latitudinile subtropicale ale ambelor emisfere către ecuator. Musonii sunt, de asemenea, relativ stabili - curenții de aer care apar între ocean și continent și au un caracter sezonier. În latitudinile temperate predomină curenții de aer de vest (de la vest la est). Acești curenți includ vârtejuri mari - cicloni și anticicloni, care se extind de obicei pe sute și mii de kilometri. Ciclonii sunt observați și la latitudini tropicale, unde se remarcă prin dimensiunile mai mici, dar mai ales prin viteze mari ale vântului, atingând adesea puterea unui uragan (așa-numitele cicloni tropicali). În troposfera superioară și stratosfera inferioară, există fluxuri cu jet relativ înguste (cu sute de kilometri lățime), cu limite clar definite, în care vântul atinge viteze enorme - până la 100-150 m / s. Observațiile arată că caracteristicile circulației atmosferice în partea inferioară a stratosferei sunt determinate de procese din troposferă.

În jumătatea superioară a stratosferei, unde se înregistrează o creștere a temperaturii odată cu înălțimea, viteza vântului crește odată cu înălțimea, vara predominând vânturile de est și iarna vânturile de vest. Circulația aici este determinată de sursa de căldură stratosferică, a cărei existență este asociată cu absorbția intensivă a radiației solare ultraviolete de către ozon.

În partea inferioară a mezosferei la latitudini temperate, viteza de transport vestic de iarnă crește la valori maxime - aproximativ 80 m/sec, iar transportul estic de vară - până la 60 m/sec la un nivel de aproximativ 70 km. Studii recente au arătat în mod clar că caracteristicile câmpului de temperatură din mezosferă nu pot fi explicate doar prin influența factorilor de radiație. Factorii dinamici sunt de importanță primordială (în special, încălzirea sau răcirea atunci când aerul este coborât sau ridicat), iar sursele de căldură rezultate din reacții fotochimice (de exemplu, recombinarea oxigenului atomic) sunt de asemenea posibile.

Deasupra stratului rece al mezopauzei (în termosferă), temperatura aerului începe să crească rapid odată cu înălțimea. În multe privințe, această regiune a Africii este similară cu jumătatea inferioară a stratosferei. Probabil, circulația în partea inferioară a termosferei este determinată de procesele din mezosferă, în timp ce dinamica straturilor superioare ale termosferei se datorează absorbției radiației solare aici. Cu toate acestea, este dificil de studiat mișcarea atmosferică la aceste înălțimi din cauza complexității lor considerabile. De mare importanță în termosferă sunt mișcările mareelor ​​(în principal mareele solare semi-diurne și diurne), sub influența cărora viteza vântului la înălțimi de peste 80 km poate ajunge la 100-120 m/sec. O trăsătură caracteristică a mareelor ​​atmosferice este variabilitatea lor puternică în funcție de latitudine, anotimp, înălțime deasupra nivelului mării și ora zilei. În termosferă se înregistrează și modificări semnificative ale vitezei vântului cu înălțimea (în principal în apropierea nivelului de 100 km), atribuite influenței undelor gravitaționale. Situat în intervalul de altitudine de 100-110 km t. turbopauza separă brusc regiunea situată deasupra de zona de amestec turbulent intens.

Alături de curenții de aer de mare amploare, se observă numeroase circulații locale de aer în straturile inferioare ale atmosferei (adiere, boră, vânturi de munte-vale etc.; vezi Vânturi locale). În toți curenții de aer se notează de obicei pulsațiile vântului, corespunzătoare mișcării vortexurilor de aer de dimensiuni medii și mici. Astfel de pulsații sunt asociate cu turbulențele atmosferice, care afectează în mod semnificativ multe procese atmosferice.

Clima și vremea

Diferențele în cantitatea de radiație solară care ajunge la diferite latitudini ale suprafeței pământului și complexitatea structurii sale, inclusiv distribuția oceanelor, continentelor și sistemelor montane majore, determină varietatea climelor Pământului (vezi Clima).

Literatură

• Meteorologie și hidrologie pentru 50 de ani de putere sovietică, ed. Editat de E. K. Fedorova. Leningrad, 1967.
• Khrgian A. Kh., Fizica atmosferei, ed. a II-a, M., 1958;
• Zverev A. S., Meteorologia sinoptică și elementele de bază ale prognozei meteo, L., 1968;
• Khromov S.P., Meteorologie și climatologie pentru facultățile geografice, L., 1964;
• Tverskoy P. N., Curs de meteorologie, L., 1962;
• Matveev LT, Fundamentele meteorologiei generale. Fizica atmosferei, L., 1965;
• Budyko M. I., Bilanțul termic al suprafeței pământului, L., 1956;
• Kondratiev K. Ya., Actinometrie, L., 1965;
• Tails I. A., Straturile înalte ale atmosferei, L., 1964;
• Moroz V.I., Fizica planetelor, M., 1967;
• Tverskoy P. N., Electricitatea atmosferică, L., 1949;
• Shishkin N. S., Clouds, precipitation and lightning electricity, M., 1964;
• Ozonul în atmosfera Pământului, ed. G. P. Gushchina, L., 1966;
• Imyanitov I. M., Chubarina E. V., Electricitatea atmosferei libere, L., 1965.

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

Acest articol sau secțiune utilizează text

Atmosfera Pământului este învelișul gazos al planetei. Limita inferioară a atmosferei trece în apropierea suprafeței terestre (hidrosfera și scoarța terestră), iar limita superioară este regiunea de contact cu spațiul cosmic (122 km). Atmosfera conține multe elemente diferite. Principalele sunt: ​​78% azot, 20% oxigen, 1% argon, dioxid de carbon, neon galiu, hidrogen etc. Fapte interesante pot fi vizualizate la sfârșitul articolului sau făcând clic pe.

Atmosfera are straturi distincte de aer. Straturile de aer diferă ca temperatură, diferența de gaz și densitatea lor și. Trebuie remarcat faptul că straturile stratosferei și troposferei protejează Pământul de radiațiile solare. În straturile superioare, un organism viu poate primi o doză letală din spectrul solar ultraviolet. Pentru a sări rapid la stratul dorit al atmosferei, faceți clic pe stratul corespunzător:

Troposfera și tropopauza

Troposfera - temperatura, presiunea, altitudinea

Limita superioară se menține la aproximativ 8 - 10 km aproximativ. La latitudini temperate 16 - 18 km, iar în polar 10 - 12 km. troposfera Este stratul principal inferior al atmosferei. Acest strat conține mai mult de 80% din masa totală a aerului atmosferic și aproape 90% din totalul vaporilor de apă. În troposferă apar convecția și turbulența, se formează și apar ciclonii. Temperatura scade cu inaltimea. Gradient: 0,65°/100 m. Pământul încălzit și apa încălzesc aerul din interior. Aerul încălzit se ridică, se răcește și formează nori. Temperatura din limitele superioare ale stratului poate ajunge la -50/70 °C.

În acest strat au loc modificări ale condițiilor climatice. Limita inferioară a troposferei se numește suprafaţă deoarece are o mulțime de microorganisme volatile și praf. Viteza vântului crește odată cu înălțimea în acest strat.

tropopauza

Acesta este stratul de tranziție al troposferei către stratosferă. Aici încetează dependența scăderii temperaturii cu creșterea altitudinii. Tropopauza este înălțimea minimă la care gradientul vertical de temperatură scade la 0,2°C/100 m. Înălțimea tropopauzei depinde de evenimentele climatice puternice precum ciclonii. Înălțimea tropopauzei scade peste cicloni și crește peste anticicloni.

Stratosferă și Stratopauză

Înălțimea stratului de stratosferă este de aproximativ 11 până la 50 km. Există o ușoară schimbare de temperatură la o altitudine de 11-25 km. La o altitudine de 25-40 km, inversiune temperatura, de la 56,5 se ridică la 0,8°C. De la 40 km la 55 km temperatura se menține în jur de 0°C. Această zonă se numește - stratopauza.

În stratosferă se observă efectul radiației solare asupra moleculelor de gaz, acestea se disociază în atomi. Aproape că nu există vapori de apă în acest strat. Avioanele comerciale supersonice moderne zboară la altitudini de până la 20 km datorită condițiilor de zbor stabile. Baloanele meteorologice de mare altitudine se ridică la o înălțime de 40 km. Aici sunt curenți de aer constant, viteza lor ajunge la 300 km/h. Tot în acest strat este concentrat ozon, un strat care absoarbe razele ultraviolete.

Mezosfera și Mezopauza - compoziție, reacții, temperatură

Stratul mezosferă începe la aproximativ 50 km și se termină la aproximativ 80-90 km. Temperaturile scad cu altitudinea cu aproximativ 0,25-0,3°C/100 m. Schimbul de căldură radiant este principalul efect energetic aici. Procese fotochimice complexe care implică radicali liberi (are 1 sau 2 electroni nepereche) deoarece ei implementează strălucire atmosfera.

Aproape toți meteorii ard în mezosferă. Oamenii de știință au numit această zonă Ignorosferă. Această zonă este greu de explorat, deoarece aviația aerodinamică aici este foarte slabă din cauza densității aerului, care este de 1000 de ori mai mică decât pe Pământ. Iar pentru lansarea sateliților artificiali, densitatea este încă foarte mare. Cercetările se desfășoară cu ajutorul rachetelor meteorologice, dar aceasta este o perversiune. mezopauza strat de tranziție între mezosferă și termosferă. Are o temperatură minimă de -90°C.

Linia Karman

Linie de buzunar numită granița dintre atmosfera Pământului și spațiul cosmic. Potrivit Federației Internaționale de Aviație (FAI), înălțimea acestei granițe este de 100 km. Această definiție a fost dată în onoarea savantului american Theodor von Karman. El a stabilit că la această înălțime densitatea atmosferei este atât de scăzută încât aviația aerodinamică devine imposibilă aici, deoarece viteza aeronavei trebuie să fie mai mare. prima viteza spatiala. La o asemenea înălțime, conceptul de barieră a sunetului își pierde sensul. Aici puteți controla aeronava numai datorită forțelor reactive.

Termosferă și termopauză

Limita superioară a acestui strat este de aproximativ 800 km. Temperatura urcă până la aproximativ 300 km, unde ajunge la aproximativ 1500 K. Deasupra, temperatura rămâne neschimbată. În acest strat există Lumini polare- apare ca urmare a efectului radiatiei solare asupra aerului. Acest proces se mai numește și ionizarea oxigenului atmosferic.

Datorită rarefării scăzute a aerului, zborurile deasupra liniei Karman sunt posibile numai pe traiectorii balistice. Toate zborurile orbitale cu echipaj (cu excepția zborurilor către Lună) au loc în acest strat al atmosferei.

Exosfera - densitate, temperatură, înălțime

Înălțimea exosferei este de peste 700 km. Aici gazul este foarte rarefiat, iar procesul are loc disipare— scurgerea particulelor în spațiul interplanetar. Viteza unor astfel de particule poate ajunge la 11,2 km/sec. Creșterea activității solare duce la extinderea grosimii acestui strat.

• Carcasa de gaz nu zboară în spațiu din cauza gravitației. Aerul este format din particule care au propria lor masă. Din legea gravitației, se poate concluziona că fiecare obiect cu masă este atras de Pământ.
• Legea lui Buys-Ballot spune că dacă vă aflați în emisfera nordică și stați cu spatele la vânt, atunci zona de înaltă presiune va fi situată în dreapta, iar presiunea scăzută în stânga. În emisfera sudică, va fi invers.

Atmosfera este un amestec de diferite gaze. Se întinde de la suprafața Pământului până la o înălțime de până la 900 km, protejând planeta de spectrul dăunător al radiațiilor solare și conține gaze necesare întregii vieți de pe planetă. Atmosfera captează căldura soarelui, încălzindu-se lângă suprafața pământului și creând un climat favorabil.

Compoziția atmosferei

Atmosfera Pământului este formată în principal din două gaze - azot (78%) și oxigen (21%). În plus, conține impurități de dioxid de carbon și alte gaze. în atmosferă există sub formă de vapori, picături de umiditate în nori și cristale de gheață.

Straturi ale atmosferei

Atmosfera este formată din multe straturi, între care nu există limite clare. Temperaturile diferitelor straturi diferă semnificativ unele de altele.

magnetosferă fără aer. Majoritatea sateliților Pământului zboară aici în afara atmosferei Pământului. Exosfera (450-500 km de la suprafață). Aproape nu conține gaze. Unii sateliți meteorologici zboară în exosferă. Termosfera (80-450 km) se caracterizează prin temperaturi ridicate atingând 1700°C în stratul superior. Mezosfera (50-80 km). În această sferă, temperatura scade pe măsură ce altitudinea crește. Aici ard majoritatea meteoriților (fragmente de roci spațiale) care intră în atmosferă. Stratosferă (15-50 km). Conține un strat de ozon, adică un strat de ozon care absoarbe radiațiile ultraviolete de la soare. Acest lucru duce la o creștere a temperaturii în apropierea suprafeței Pământului. Avioanele cu reacție zboară de obicei aici, așa cum vizibilitatea în acest strat este foarte bună și aproape că nu există interferențe cauzate de condițiile meteorologice. troposfera. Înălțimea variază de la 8 până la 15 km de la suprafața pământului. Aici se formează vremea planetei, deoarece în acest strat conține cei mai mulți vapori de apă, praf și vânturi. Temperatura scade odată cu distanța de la suprafața pământului.

Presiunea atmosferică

Deși nu o simțim, straturile atmosferei exercită presiune asupra suprafeței Pământului. Cel mai înalt este aproape de suprafață și, pe măsură ce te îndepărtezi de ea, scade treptat. Depinde de diferența de temperatură dintre pământ și ocean și, prin urmare, în zonele situate la aceeași înălțime deasupra nivelului mării, există adesea o presiune diferită. Presiunea scăzută aduce vreme umedă, în timp ce presiunea ridicată stabilește de obicei vreme senină.

Mișcarea maselor de aer în atmosferă

Iar presiunile fac ca atmosfera inferioară să se amestece. Acest lucru creează vânturi care sufla din zone cu presiune ridicată în zone cu presiune scăzută. În multe regiuni apar și vânturi locale, cauzate de diferențele de temperatură pe uscat și pe mare. Munții au, de asemenea, o influență semnificativă asupra direcției vântului.

Efectul de seră

Dioxidul de carbon și alte gaze din atmosfera pământului captează căldura soarelui. Acest proces este denumit în mod obișnuit efect de seră, deoarece este în multe privințe similar cu circulația căldurii în sere. Efectul de seră provoacă încălzirea globală a planetei. În zonele de înaltă presiune - anticicloni - se stabilește unul solar clar. În zonele cu presiune scăzută - cicloni - vremea este de obicei instabilă. Căldura și lumina intră în atmosferă. Gazele captează căldura reflectată de suprafața pământului, determinând astfel creșterea temperaturii pământului.

Există un strat special de ozon în stratosferă. Ozonul blochează cea mai mare parte a radiațiilor ultraviolete de la Soare, protejând Pământul și toată viața de pe el de el. Oamenii de știință au descoperit că cauza distrugerii stratului de ozon sunt gazele speciale de dioxid de clorofluorocarbon conținute în unii aerosoli și echipamente de refrigerare. Peste Arctica și Antarctica, s-au găsit găuri uriașe în stratul de ozon, contribuind la creșterea cantității de radiații ultraviolete care afectează suprafața Pământului.

Ozonul se formează în atmosfera inferioară ca rezultat între radiația solară și diferite gaze și gaze de eșapament. De obicei se dispersează prin atmosferă, dar dacă sub un strat de aer cald se formează un strat închis de aer rece, ozonul se concentrează și apare smog. Din păcate, acest lucru nu poate compensa pierderea de ozon în găurile de ozon.

Imaginea din satelit arată clar o gaură în stratul de ozon deasupra Antarcticii. Dimensiunea găurii variază, dar oamenii de știință cred că aceasta crește în mod constant. Se încearcă reducerea nivelului de gaze de eșapament din atmosferă. Reduceți poluarea aerului și folosiți combustibili fără fum în orașe. Smogul provoacă iritații oculare și sufocare la mulți oameni.

Apariția și evoluția atmosferei Pământului

Atmosfera modernă a Pământului este rezultatul unei lungi dezvoltări evolutive. A apărut ca urmare a acțiunii comune a factorilor geologici și a activității vitale a organismelor. De-a lungul istoriei geologice, atmosfera pământului a trecut prin mai multe rearanjamente profunde. Pe baza datelor geologice și teoretice (condiții preliminare), atmosfera primordială a Pământului tânăr, care a existat cu aproximativ 4 miliarde de ani în urmă, ar putea consta dintr-un amestec de gaze inerte și nobile cu un mic adaos de azot pasiv (N. A. Yasamanov, 1985). ; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993. În prezent, viziunea asupra compoziției și structurii atmosferei timpurii s-a schimbat oarecum. Atmosfera primară (protoatmosfera) este la cel mai timpuriu stadiu protoplanetar. 4,2 miliarde de ani. , ar putea consta dintr-un amestec de metan, amoniac și dioxid de carbon. Ca urmare a degazării mantalei și a proceselor active de intemperii care au loc la suprafața pământului, vaporii de apă, compușii carbonului sub formă de CO 2 și CO, sulful și a acestuia. compușii au început să intre în atmosferă, precum și acizi puternici cu halogen - HCI, HF, HI și acid boric, care au fost suplimentați cu metan, amoniac, hidrogen, argon și alte gaze nobile în atmosferă. Această atmosferă primară a fost prin extrem de subțire. Prin urmare, temperatura de lângă suprafața pământului era apropiată de temperatura echilibrului radiativ (AS Monin, 1977).

De-a lungul timpului, compoziția gazoasă a atmosferei primare a început să se transforme sub influența intemperiilor rocilor care ieșeau pe suprafața pământului, a activității vitale a cianobacteriilor și a algelor albastre-verzi, a proceselor vulcanice și a acțiunii luminii solare. Acest lucru a dus la descompunerea metanului în și dioxid de carbon, amoniac - în azot și hidrogen; dioxidul de carbon a început să se acumuleze în atmosfera secundară, care a coborât încet la suprafața pământului, și azotul. Datorită activității vitale a algelor albastre-verzi, oxigenul a început să fie produs în procesul de fotosinteză, care, la început, a fost cheltuit în principal pentru „oxidarea gazelor atmosferice și apoi a rocilor. În același timp, amoniacul, oxidat în azot molecular, a început să se acumuleze intens în atmosferă. Se presupune că o parte semnificativă a azotului din atmosfera modernă este relicvă. Metanul și monoxidul de carbon au fost oxidați la dioxid de carbon. Sulful și hidrogenul sulfurat au fost oxidate la SO 2 și SO 3, care, datorită mobilității și ușurinței lor ridicate, au fost îndepărtate rapid din atmosferă. Astfel, atmosfera de la una reducătoare, așa cum a fost în arhean și proterozoic timpuriu, s-a transformat treptat într-una oxidantă.

Dioxidul de carbon a pătruns în atmosferă atât ca urmare a oxidării metanului, cât și ca urmare a degazării mantalei și a intemperiilor rocilor. În cazul în care tot dioxidul de carbon eliberat de-a lungul întregii istorii a Pământului a rămas în atmosferă, presiunea sa parțială ar putea deveni acum aceeași ca pe Venus (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Dar pe Pământ, procesul a fost inversat. O parte semnificativă a dioxidului de carbon din atmosferă a fost dizolvată în hidrosferă, în care a fost folosit de organismele acvatice pentru a-și construi cochilia și transformat biogen în carbonați. Ulterior, din ei s-au format cele mai puternice straturi de carbonați chimiogenici și organogeni.

Oxigenul a fost furnizat atmosferei din trei surse. Multă vreme, începând din momentul formării Pământului, a fost eliberat în timpul degazării mantalei și a fost cheltuit în principal pe procese oxidative.O altă sursă de oxigen a fost fotodisociarea vaporilor de apă prin radiația solară ultravioletă tare. aparențe; oxigenul liber din atmosferă a dus la moartea majorității procariotelor care trăiau în condiții reducătoare. Organismele procariote și-au schimbat habitatele. Au lăsat suprafața Pământului la adâncimile și regiunile sale în care condițiile reducătoare erau încă păstrate. Au fost înlocuite cu eucariote, care au început să proceseze energic dioxidul de carbon în oxigen.

În perioada arheană și o parte semnificativă a proterozoicului, aproape tot oxigenul, care provine atât din punct de vedere abiogen, cât și din punct de vedere biogenic, a fost cheltuit în principal pentru oxidarea fierului și a sulfului. Până la sfârșitul Proterozoicului, tot fierul metalic divalent care se afla pe suprafața pământului fie s-a oxidat, fie s-a mutat în miezul pământului. Acest lucru a condus la faptul că presiunea parțială a oxigenului din atmosfera proterozoică timpurie sa schimbat.

În mijlocul Proterozoicului, concentrația de oxigen din atmosferă a atins punctul Urey și s-a ridicat la 0,01% din nivelul actual. Începând din acel moment, oxigenul a început să se acumuleze în atmosferă și, probabil, deja la sfârșitul Rifeului, conținutul său a atins punctul Pasteur (0,1% din nivelul actual). Este posibil ca stratul de ozon să fi apărut în perioada Vendiană și în acel moment să nu fi dispărut niciodată.

Apariția oxigenului liber în atmosfera pământului a stimulat evoluția vieții și a dus la apariția unor noi forme cu un metabolism mai perfect. Dacă algele și cianurile unicelulare eucariote mai devreme, care au apărut la începutul Proterozoicului, necesitau un conținut de oxigen în apă de numai 10 -3 din concentrația sa modernă, atunci odată cu apariția Metazoarelor nescheletice la sfârșitul Vendianului timpuriu, adică acum aproximativ 650 de milioane de ani, concentrația de oxigen din atmosferă ar fi trebuit să fie mult mai mare. La urma urmei, Metazoa a folosit respirația cu oxigen și aceasta a necesitat ca presiunea parțială a oxigenului să atingă un nivel critic - punctul Pasteur. În acest caz, procesul de fermentație anaerobă a fost înlocuit cu un metabolism energetic mai promițător și progresiv al oxigenului.

După aceea, acumularea suplimentară de oxigen în atmosfera pământului a avut loc destul de rapid. Creșterea progresivă a volumului algelor albastre-verzi a contribuit la atingerea în atmosferă a nivelului de oxigen necesar pentru susținerea vieții lumii animale. O anumită stabilizare a conținutului de oxigen din atmosferă s-a produs încă din momentul în care plantele au ajuns la pământ - acum aproximativ 450 de milioane de ani. Apariția plantelor pe uscat, care a avut loc în perioada siluriană, a dus la stabilizarea finală a nivelului de oxigen din atmosferă. Din acel moment, concentrația sa a început să fluctueze în limite destul de înguste, fără a depăși niciodată existența vieții. Concentrația de oxigen din atmosferă s-a stabilizat complet de la apariția plantelor cu flori. Acest eveniment a avut loc la mijlocul perioadei Cretacice, adică. acum aproximativ 100 de milioane de ani.

Cea mai mare parte a azotului s-a format în primele etape ale dezvoltării Pământului, în principal din cauza descompunerii amoniacului. Odată cu apariția organismelor, a început procesul de legare a azotului atmosferic în materia organică și de îngropare a acestuia în sedimentele marine. După eliberarea organismelor pe uscat, azotul a început să fie îngropat în sedimentele continentale. Procesele de prelucrare a azotului liber s-au intensificat mai ales odata cu aparitia plantelor terestre.

La trecerea dintre Criptozoic și Fanerozoic, adică acum aproximativ 650 de milioane de ani, conținutul de dioxid de carbon din atmosferă a scăzut la zeci de procente și a atins un conținut apropiat de nivelul actual abia recent, aproximativ 10-20 de milioane. cu ani în urmă.

Astfel, compoziția gazoasă a atmosferei nu numai că a oferit spațiu de viață pentru organisme, dar a determinat și caracteristicile activității lor vitale, a promovat așezarea și evoluția. Eșecurile rezultate în distribuția compoziției gazoase a atmosferei favorabile organismelor, atât din cauze cosmice, cât și planetare, au dus la dispariții în masă ale lumii organice, care au avut loc în mod repetat în timpul Criptozoicului și la anumite repere ale istoriei fanerozoice.

Funcțiile etnosferice ale atmosferei

Atmosfera Pământului oferă substanța necesară, energia și determină direcția și viteza proceselor metabolice. Compoziția gazoasă a atmosferei moderne este optimă pentru existența și dezvoltarea vieții. Ca zonă de formare a vremii și a climei, atmosfera trebuie să creeze condiții confortabile pentru viața oamenilor, animalelor și vegetației. Abaterile într-o direcție sau alta în calitatea aerului atmosferic și condițiile meteorologice creează condiții extreme pentru viața lumii animale și vegetale, inclusiv a oamenilor.

Atmosfera Pământului nu oferă doar condițiile de existență a omenirii, fiind principalul factor în evoluția etnosferei. În același timp, se dovedește a fi o resursă de energie și materie primă pentru producție. În general, atmosfera este un factor care păstrează sănătatea umană, iar unele zone, datorită condițiilor fizice și geografice și a calității aerului atmosferic, servesc drept zone de agrement și sunt zone destinate tratamentului în sanatoriu și recreerii oamenilor. Astfel, atmosfera este un factor de impact estetic și emoțional.

Funcțiile etnosferice și tehnosferice ale atmosferei, determinate destul de recent (E. D. Nikitin, N. A. Yasamanov, 2001), necesită un studiu independent și aprofundat. Astfel, studiul funcțiilor energiei atmosferice este foarte relevant atât din punctul de vedere al apariției și funcționării proceselor care dăunează mediului, cât și din punct de vedere al impactului asupra sănătății și bunăstării umane. În acest caz, vorbim despre energia cicloanelor și anticiclonilor, a vârtejurilor atmosferice, a presiunii atmosferice și a altor fenomene atmosferice extreme, a căror utilizare eficientă va contribui la rezolvarea cu succes a problemei obținerii de surse alternative de energie care nu poluează mediu inconjurator. La urma urmei, mediul aerian, în special acea parte a acestuia care se află deasupra Oceanului Mondial, este o zonă pentru eliberarea unei cantități colosale de energie liberă.

De exemplu, s-a stabilit că ciclonii tropicali de putere medie eliberează energie echivalentă cu energia a 500.000 de bombe atomice aruncate pe Hiroshima și Nagasaki într-o singură zi. Timp de 10 zile de existență a unui astfel de ciclon, se eliberează suficientă energie pentru a satisface toate nevoile energetice ale unei țări precum Statele Unite, timp de 600 de ani.

În ultimii ani, au fost publicate un număr mare de lucrări ale oamenilor de știință a naturii, legate într-o oarecare măsură de diverse aspecte ale activității și influența atmosferei asupra proceselor pământului, ceea ce indică intensificarea interacțiunilor interdisciplinare în știința naturală modernă. În același timp, se manifestă rolul integrator al unora dintre direcțiile sale, printre care este necesar să se remarce direcția funcțional-ecologică în geoecologie.

Această direcție stimulează analiza și generalizarea teoretică a funcțiilor ecologice și a rolului planetar al diverselor geosfere, iar aceasta, la rândul său, este o condiție prealabilă importantă pentru dezvoltarea metodologiei și a fundamentelor științifice pentru un studiu holistic al planetei noastre, utilizarea rațională și protejarea resurselor sale naturale.

Atmosfera Pământului este formată din mai multe straturi: troposferă, stratosferă, mezosferă, termosferă, ionosferă și exosferă. În partea superioară a troposferei și în partea inferioară a stratosferei există un strat îmbogățit cu ozon, numit strat de ozon. Au fost stabilite anumite regularități (zilnice, sezoniere, anuale etc.) în distribuția ozonului. De la începuturile sale, atmosfera a influențat cursul proceselor planetare. Compoziția primară a atmosferei a fost complet diferită de cea actuală, dar în timp proporția și rolul azotului molecular au crescut constant, acum aproximativ 650 de milioane de ani a apărut oxigenul liber, a cărui cantitate a crescut continuu, dar concentrația de dioxid de carbon a scăzut în mod corespunzător. . Mobilitatea ridicată a atmosferei, compoziția sa de gaze și prezența aerosolilor determină rolul său remarcabil și participarea activă la diferite procese geologice și biosferice. Rolul atmosferei în redistribuirea energiei solare și în dezvoltarea fenomenelor naturale catastrofale și a dezastrelor este mare. Vârtejele atmosferice - tornade (tornade), uragane, taifunuri, cicloane și alte fenomene au un impact negativ asupra lumii organice și sistemelor naturale. Principalele surse de poluare, împreună cu factorii naturali, sunt diversele forme de activitate economică umană. Impactul antropic asupra atmosferei se exprimă nu numai prin apariția diverșilor aerosoli și gaze cu efect de seră, ci și prin creșterea cantității de vapori de apă și se manifestă sub formă de smog și ploi acide. Gazele cu efect de seră modifică regimul de temperatură al suprafeței pământului, emisiile anumitor gaze reduc volumul ecranului de ozon și contribuie la formarea găurilor de ozon. Rolul etnosferic al atmosferei Pământului este mare.

Rolul atmosferei în procesele naturale

Atmosfera de suprafață în starea sa intermediară între litosferă și spațiul cosmic și compoziția sa gazoasă creează condiții pentru viața organismelor. În același timp, meteorizarea și intensitatea distrugerii rocilor, transferul și acumularea de material detritic depind de cantitatea, natura și frecvența precipitațiilor, de frecvența și puterea vântului și în special de temperatura aerului. Atmosfera este componenta centrală a sistemului climatic. Temperatura și umiditatea aerului, înnorarea și precipitațiile, vântul - toate acestea caracterizează vremea, adică starea în continuă schimbare a atmosferei. În același timp, aceleași componente caracterizează și clima, adică regimul meteorologic mediu pe termen lung.

Compoziția gazelor, prezența norilor și a diferitelor impurități, care sunt numite particule de aerosoli (cenusa, praf, particule de vapori de apă), determină caracteristicile trecerii radiației solare prin atmosferă și împiedică scăparea radiației termice a Pământului. în spațiul cosmic.

Atmosfera Pământului este foarte mobilă. Procesele care apar în el și modificările compoziției sale de gaz, grosimea, tulbureala, transparența și prezența anumitor particule de aerosoli în el afectează atât vremea, cât și clima.

Acțiunea și direcția proceselor naturale, precum și viața și activitatea pe Pământ, sunt determinate de radiația solară. Oferă 99,98% din căldura care vine la suprafața pământului. Anual face 134*1019 kcal. Această cantitate de căldură poate fi obținută prin arderea a 200 de miliarde de tone de cărbune. Rezervele de hidrogen, care creează acest flux de energie termonucleară în masa Soarelui, vor fi suficiente pentru cel puțin încă 10 miliarde de ani, adică pentru o perioadă de două ori mai lungă decât există planeta noastră însăși.

Aproximativ 1/3 din cantitatea totală de energie solară care intră în limita superioară a atmosferei este reflectată înapoi în spațiul mondial, 13% este absorbită de stratul de ozon (inclusiv aproape toată radiația ultravioletă). 7% - restul atmosferei și doar 44% ajunge la suprafața pământului. Radiația solară totală care ajunge pe Pământ într-o zi este egală cu energia pe care umanitatea a primit-o ca urmare a arderii tuturor tipurilor de combustibil în ultimul mileniu.

Cantitatea și natura distribuției radiației solare pe suprafața pământului sunt strâns dependente de nebulozitatea și transparența atmosferei. Cantitatea de radiație împrăștiată este afectată de înălțimea Soarelui deasupra orizontului, de transparența atmosferei, de conținutul de vapori de apă, de praf, de cantitatea totală de dioxid de carbon etc.

Cantitatea maximă de radiație împrăștiată cade în regiunile polare. Cu cât Soarele este mai jos deasupra orizontului, cu atât mai puțină căldură intră într-o anumită zonă.

Transparența atmosferică și tulbureala sunt de mare importanță. Într-o zi înnorată de vară, este de obicei mai frig decât într-o zi senină, deoarece înnorarea din timpul zilei împiedică încălzirea suprafeței pământului.

Conținutul de praf din atmosferă joacă un rol important în distribuția căldurii. Particulele solide de praf și cenușă fin dispersate în el, care îi afectează transparența, afectează negativ distribuția radiației solare, cea mai mare parte din care este reflectată. Particulele fine intră în atmosferă în două moduri: fie sunt cenușă emisă în timpul erupțiilor vulcanice, fie praf deșertic transportat de vânturile din regiunile tropicale și subtropicale aride. În special, o mulțime de astfel de praf se formează în timpul secetei, când este transportat în straturile superioare ale atmosferei de către fluxurile de aer cald și este capabil să rămână acolo mult timp. După erupția vulcanului Krakatoa în 1883, praful aruncat zeci de kilometri în atmosferă a rămas în stratosferă timp de aproximativ 3 ani. Ca urmare a erupției din 1985 a vulcanului El Chichon (Mexic), praful a ajuns în Europa și, prin urmare, a avut loc o ușoară scădere a temperaturilor de suprafață.

Atmosfera Pământului conține o cantitate variabilă de vapori de apă. În termeni absoluti, în greutate sau volum, cantitatea acestuia variază de la 2 la 5%.

Vaporii de apă, precum dioxidul de carbon, sporesc efectul de seră. În norii și ceața care apar în atmosferă au loc procese fizico-chimice deosebite.

Sursa principală de vapori de apă din atmosferă este suprafața oceanelor. Din el se evaporă anual un strat de apă de 95 până la 110 cm grosime, o parte din umiditate se întoarce în ocean după condensare, iar cealaltă este direcționată către continente de curenții de aer. În regiunile cu un climat variabil-umed, precipitațiile umezesc solul, iar în regiunile umede creează rezerve de apă subterană. Astfel, atmosfera este un acumulator de umiditate și un rezervor de precipitații. iar ceaţa care se formează în atmosferă asigură umiditate învelişului de sol şi joacă astfel un rol decisiv în dezvoltarea lumii animale şi vegetale.

Umiditatea atmosferică este distribuită pe suprafața pământului datorită mobilității atmosferei. Are un sistem foarte complex de distribuție a vântului și a presiunii. Datorită faptului că atmosfera este în mișcare continuă, natura și amploarea distribuției fluxurilor și presiunii vântului sunt în continuă schimbare. Scarile de circulație variază de la micrometeorologic, cu o dimensiune de doar câteva sute de metri, până la una globală, cu o dimensiune de câteva zeci de mii de kilometri. Vortexurile atmosferice uriașe sunt implicate în crearea unor sisteme de curenți de aer la scară largă și determină circulația generală a atmosferei. În plus, sunt surse de fenomene atmosferice catastrofale.

Distribuția condițiilor meteorologice și climatice și funcționarea materiei vii depind de presiunea atmosferică. În cazul în care presiunea atmosferică fluctuează în limite mici, aceasta nu joacă un rol decisiv în bunăstarea oamenilor și în comportamentul animalelor și nu afectează funcțiile fiziologice ale plantelor. De regulă, fenomenele frontale și schimbările meteorologice sunt asociate cu schimbările de presiune.

Presiunea atmosferică este de o importanță fundamentală pentru formarea vântului, care, fiind un factor de formare a reliefului, are cel mai puternic efect asupra florei și faunei.

Vântul este capabil să suprime creșterea plantelor și în același timp favorizează transferul semințelor. Rolul vântului în formarea condițiilor meteo și climatice este mare. El acționează și ca un regulator al curenților marini. Vântul, ca unul dintre factorii exogeni, contribuie la eroziunea și deflația materialului degradat pe distanțe lungi.

Rolul ecologic și geologic al proceselor atmosferice

Scăderea transparenței atmosferei din cauza apariției particulelor de aerosoli și a prafului solid în aceasta afectează distribuția radiației solare, crescând albedo sau reflectivitate. Diverse reacții chimice duc la același rezultat, determinând descompunerea ozonului și generarea de nori „perlați”, formați din vapori de apă. Schimbarea globală a reflectivității, precum și modificările compoziției gazelor din atmosferă, în principal gazele cu efect de seră, sunt cauza schimbărilor climatice.

Încălzirea neuniformă, care provoacă diferențe de presiune atmosferică pe diferite părți ale suprafeței pământului, duce la circulația atmosferică, care este semnul distinctiv al troposferei. Când există o diferență de presiune, aerul curge din zonele de înaltă presiune în zonele de joasă presiune. Aceste mișcări ale maselor de aer, împreună cu umiditatea și temperatura, determină principalele caracteristici ecologice și geologice ale proceselor atmosferice.

În funcție de viteză, vântul produce diverse lucrări geologice pe suprafața pământului. Cu viteza de 10 m/s, scutură ramuri groase de copaci, ridică și poartă praf și nisip fin; sparge ramurile copacilor cu viteza de 20 m/s, transporta nisip si pietris; cu o viteză de 30 m/s (furtună) smulge acoperișurile caselor, smulge copaci, sparge stâlpi, mută pietricele și poartă pietriș mic, iar un uragan cu viteza de 40 m/s distruge case, sparge și demola linia electrică. stâlpi, smulge copaci mari.

Furtunile și tornadele (tornade) au un mare impact negativ asupra mediului cu consecințe catastrofale - vortexuri atmosferice care apar în sezonul cald pe fronturi atmosferice puternice cu o viteză de până la 100 m/s. Furtunele sunt vârtejuri orizontale cu viteze ale vântului de uragan (până la 60-80 m/s). Acestea sunt adesea însoțite de averse puternice și furtuni cu descărcări electrice care durează de la câteva minute până la o jumătate de oră. Furtunele acoperă zone de până la 50 km lățime și parcurg o distanță de 200-250 km. O furtună puternică la Moscova și regiunea Moscovei în 1998 a deteriorat acoperișurile multor case și a doborât copaci.

Tornadele, numite tornade în America de Nord, sunt vârtejuri atmosferice puternice în formă de pâlnie, adesea asociate cu nori de tunet. Acestea sunt coloane de aer care se îngustează în mijloc, cu un diametru de câteva zeci până la sute de metri. Tornada are aspectul unei pâlnii, foarte asemănătoare cu trunchiul unui elefant, care coboară din nori sau se ridică de la suprafața pământului. Posedând o rarefacție puternică și o viteză mare de rotație, tornada parcurge până la câteva sute de kilometri, atrăgând praf, apă din rezervoare și diverse obiecte. Tornadele puternice sunt însoțite de furtuni, ploaie și au o mare putere distructivă.

Tornadele apar rar în regiunile subpolare sau ecuatoriale, unde este constant frig sau cald. Puține tornade în oceanul deschis. Tornadele apar în Europa, Japonia, Australia, SUA, iar în Rusia sunt deosebit de frecvente în regiunea Pământului Negru Central, în regiunile Moscova, Yaroslavl, Nijni Novgorod și Ivanovo.

Tornadele ridică și mută mașini, case, vagoane, poduri. În Statele Unite se observă tornade (tornade) deosebit de distructive. De la 450 la 1500 de tornade sunt înregistrate anual, cu o medie de aproximativ 100 de victime. Tornadele sunt procese atmosferice catastrofale cu acțiune rapidă. Se formează în doar 20-30 de minute, iar timpul lor de existență este de 30 de minute. Prin urmare, este aproape imposibil de prezis momentul și locul apariției tornadelor.

Alte vortexuri atmosferice distructive, dar pe termen lung sunt ciclonii. Ele se formează din cauza unei căderi de presiune, care, în anumite condiții, contribuie la apariția unei mișcări circulare a curenților de aer. Vârtejurile atmosferice își au originea în jurul unor curenți ascendenți puternici de aer cald umed și se rotesc cu viteză mare în sensul acelor de ceasornic în emisfera sudică și în sens invers acelor de ceasornic în emisfera nordică. Ciclonii, spre deosebire de tornade, își au originea peste oceane și își produc acțiunile distructive asupra continentelor. Principalii factori distructivi sunt vânturile puternice, precipitațiile intense sub formă de ninsoare, ploile, grindina și inundațiile. Vânturile cu viteze de 19 - 30 m / s formează o furtună, 30 - 35 m / s - o furtună și mai mult de 35 m / s - un uragan.

Ciclonii tropicali - uragane și taifunuri - au o lățime medie de câteva sute de kilometri. Viteza vântului din interiorul ciclonului atinge forța uraganului. Ciclonii tropicali durează de la câteva zile la câteva săptămâni, mișcându-se cu o viteză de 50 până la 200 km/h. Ciclonii de latitudine medie au un diametru mai mare. Dimensiunile lor transversale variază de la o mie la câteva mii de kilometri, viteza vântului este furtunoasă. Se deplasează în emisfera nordică dinspre vest și sunt însoțite de căderi de grindină și ninsoare, care sunt catastrofale. Ciclonii și uraganele și taifunurile asociate acestora sunt cele mai mari dezastre naturale după inundații în ceea ce privește numărul de victime și daunele cauzate. În zonele dens populate din Asia, numărul victimelor în timpul uraganelor este măsurat în mii. În 1991, în Bangladesh, în timpul unui uragan care a provocat formarea valurilor mării de 6 m înălțime, au murit 125 de mii de oameni. Taifunurile provoacă pagube mari Statelor Unite. Drept urmare, zeci și sute de oameni mor. În Europa de Vest, uraganele produc mai puține daune.

Furtunile sunt considerate un fenomen atmosferic catastrofal. Ele apar atunci când aerul cald și umed se ridică foarte repede. La granița zonelor tropicale și subtropicale se produc furtuni timp de 90-100 de zile pe an, în zona temperată timp de 10-30 de zile. În țara noastră, cel mai mare număr de furtuni are loc în Caucazul de Nord.

Furtunile durează de obicei mai puțin de o oră. Ploile intense, furtunile cu grindină, fulgerele, rafale de vânt și curenții verticali de aer reprezintă un pericol deosebit. Pericolul de grindină este determinat de mărimea pietrelor de grindină. În Caucazul de Nord, masa de grindină a ajuns cândva la 0,5 kg, iar în India s-au observat grindină cu o greutate de 7 kg. Cele mai periculoase zone din țara noastră sunt situate în Caucazul de Nord. În iulie 1992, grindina a avariat 18 avioane pe aeroportul Mineralnye Vody.

Fulgerul este un fenomen meteorologic periculos. Ei ucid oameni, animale, provoacă incendii, deteriorează rețeaua electrică. Aproximativ 10.000 de oameni mor în fiecare an din cauza furtunilor și a consecințelor acestora la nivel mondial. Mai mult, în unele părți ale Africii, în Franța și Statele Unite, numărul victimelor fulgerelor este mai mare decât al altor fenomene naturale. Prejudiciul economic anual cauzat de furtunile din Statele Unite este de cel puțin 700 de milioane de dolari.

Secetele sunt tipice pentru regiunile deșertice, de stepă și de silvostepă. Lipsa precipitațiilor provoacă uscarea solului, scăderea nivelului apei subterane și în rezervoare până la uscarea completă. Deficiența de umiditate duce la moartea vegetației și a culturilor. Secetele sunt deosebit de severe în Africa, Orientul Apropiat și Mijlociu, Asia Centrală și sudul Americii de Nord.

Secetele modifică condițiile vieții umane, au un impact negativ asupra mediului natural prin procese precum salinizarea solului, vânturile uscate, furtunile de praf, eroziunea solului și incendiile forestiere. Incendiile sunt deosebit de puternice în timpul secetei în regiunile taiga, pădurile tropicale și subtropicale și savanele.

Secetele sunt procese pe termen scurt care durează un sezon. Când secetele durează mai mult de două sezoane, există amenințarea de foamete și mortalitate în masă. De obicei, efectul secetei se extinde pe teritoriul uneia sau mai multor țări. În special în regiunea Sahel din Africa apar secete prelungite cu consecințe tragice.

Fenomenele atmosferice precum ninsorile, ploile abundente intermitente și ploile prelungite produc pagube mari. Ninsorile provoacă avalanșe masive în munți, iar topirea rapidă a zăpezii căzute și ploile abundente prelungite duc la inundații. O masă uriașă de apă care cade pe suprafața pământului, în special în zonele fără copaci, provoacă o eroziune severă a acoperirii solului. Există o creștere intensivă a sistemelor de ravine-grinzi. Inundațiile apar ca urmare a inundațiilor mari în timpul unei perioade de precipitații abundente sau a inundațiilor după o încălzire bruscă sau topirea zăpezii de primăvară și, prin urmare, sunt fenomene atmosferice la origine (sunt discutate în capitolul despre rolul ecologic al hidrosferei).

Modificări antropice în atmosferă

În prezent, există multe surse diferite de natură antropică care provoacă poluare atmosferică și duc la încălcări grave ale echilibrului ecologic. În ceea ce privește scara, două surse au cel mai mare impact asupra atmosferei: transportul și industria. În medie, transporturile reprezintă aproximativ 60% din cantitatea totală de poluare atmosferică, industria - 15%, energia termică - 15%, tehnologiile de distrugere a deșeurilor menajere și industriale - 10%.

Transportul, în funcție de combustibilul utilizat și de tipurile de agenți oxidanți, emite în atmosferă oxizi de azot, sulf, oxizi și dioxizi de carbon, plumb și compușii acestuia, funingine, benzopiren (substanță din grupa hidrocarburilor aromatice policiclice, care este un cancerigen puternic care provoacă cancer de piele).

Industria emite dioxid de sulf, oxizi și dioxizi de carbon, hidrocarburi, amoniac, hidrogen sulfurat, acid sulfuric, fenol, clor, fluor și alți compuși și substanțe chimice în atmosferă. Dar poziția dominantă în rândul emisiilor (până la 85%) este ocupată de praf.

Ca urmare a poluării, transparența atmosferei se modifică, în ea apar aerosoli, smog și ploi acide.

Aerosolii sunt sisteme dispersate constând din particule solide sau picături lichide suspendate într-un mediu gazos. Dimensiunea particulelor fazei dispersate este de obicei de 10 -3 -10 -7 cm În funcție de compoziția fazei dispersate, aerosolii sunt împărțiți în două grupe. Unul include aerosoli constând din particule solide dispersate într-un mediu gazos, al doilea - aerosoli, care sunt un amestec de faze gazoase și lichide. Primele se numesc fumuri, iar a doua - ceață. Centrele de condensare joacă un rol important în procesul de formare a acestora. Ca nuclee de condensare acţionează cenuşa vulcanică, praful cosmic, produşii emisiilor industriale, diverse bacterii etc.Numărul posibilelor surse de nuclee de concentrare este în continuă creştere. Deci, de exemplu, atunci când iarba uscată este distrusă de incendiu pe o suprafață de 4000 m 2, se formează o medie de 11 * 10 22 nuclee de aerosoli.

Aerosolii au început să se formeze din momentul apariției planetei noastre și au influențat condițiile naturale. Cu toate acestea, numărul și acțiunile lor, echilibrate cu circulația generală a substanțelor în natură, nu au provocat schimbări ecologice profunde. Factorii antropogeni ai formării lor au deplasat acest echilibru către supraîncărcări biosferice semnificative. Această caracteristică a fost deosebit de pronunțată de când omenirea a început să folosească aerosoli special creați atât sub formă de substanțe toxice, cât și pentru protecția plantelor.

Cele mai periculoase pentru acoperirea vegetației sunt aerosolii de dioxid de sulf, fluorură de hidrogen și azot. În contact cu suprafața umedă a frunzei, formează acizi care au un efect dăunător asupra viețuitoarelor. Ceața acide, împreună cu aerul inhalat, pătrund în organele respiratorii ale animalelor și ale oamenilor și afectează agresiv membranele mucoase. Unele dintre ele descompun țesutul viu, iar aerosolii radioactivi provoacă cancer. Dintre izotopii radioactivi, SG 90 este un pericol deosebit nu numai din cauza carcinogenității sale, ci și ca analog al calciului, înlocuindu-l în oasele organismelor, provocând descompunerea acestora.

În timpul exploziilor nucleare, în atmosferă se formează nori de aerosoli radioactivi. Particulele mici cu o rază de 1 - 10 microni cad nu numai în straturile superioare ale troposferei, ci și în stratosferă, în care pot rămâne mult timp. Norii de aerosoli se formează și în timpul funcționării reactoarelor instalațiilor industriale care produc combustibil nuclear, precum și ca urmare a accidentelor la centralele nucleare.

Smogul este un amestec de aerosoli cu faze lichide și solide dispersate care formează o perdea de ceață peste zonele industriale și orașele mari.

Există trei tipuri de smog: gheață, umed și uscat. Smogul de gheață se numește Alaskan. Aceasta este o combinație de poluanți gazoși cu adăugarea de particule de praf și cristale de gheață care apar atunci când picăturile de ceață și aburul de la sistemele de încălzire îngheață.

Smogul umed, sau smogul de tip londonez, este uneori numit smog de iarnă. Este un amestec de poluanți gazoși (în principal dioxid de sulf), particule de praf și picături de ceață. Condiția meteorologică pentru apariția smogului de iarnă este vremea calmă, în care un strat de aer cald este situat deasupra stratului de suprafață de aer rece (sub 700 m). În același timp, nu numai schimbul orizontal, ci și vertical este absent. Poluanții, care sunt de obicei dispersați în straturi înalte, se acumulează în acest caz în stratul de suprafață.

Smogul uscat apare în timpul verii și este adesea denumit smog de tip LA. Este un amestec de ozon, monoxid de carbon, oxizi de azot și vapori acizi. Un astfel de smog se formează ca urmare a descompunerii poluanților de către radiația solară, în special partea sa ultravioletă. Condiția meteorologică este inversiunea atmosferică, care se exprimă prin apariția unui strat de aer rece deasupra celui cald. Gazele și particulele solide ridicate de obicei de curenții de aer cald sunt apoi dispersate în straturile reci superioare, dar în acest caz se acumulează în stratul de inversare. În procesul de fotoliză, dioxizii de azot formați în timpul arderii combustibilului în motoarele auto se descompun:

NU 2 → NU + O

Apoi are loc sinteza ozonului:

O + O 2 + M → O 3 + M

NU + O → NU 2

Procesele de fotodisociere sunt însoțite de o strălucire galben-verde.

În plus, reacțiile au loc în funcție de tipul: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, adică se formează acid sulfuric puternic.

Odată cu schimbarea condițiilor meteorologice (apariția vântului sau schimbarea umidității), aerul rece se risipește și smogul dispare.

Prezența substanțelor cancerigene în smog duce la insuficiență respiratorie, iritare a mucoaselor, tulburări circulatorii, sufocare astmatică și adesea moarte. Smogul este deosebit de periculos pentru copiii mici.

Ploaia acidă este precipitații atmosferice acidulate prin emisiile industriale de oxizi de sulf, oxizi de azot și vapori de acid percloric și clor dizolvați în ei. În procesul de ardere a cărbunelui și a gazului, cea mai mare parte a sulfului din acesta, atât sub formă de oxid, cât și în compuși cu fier, în special în pirit, pirotită, calcopirită etc., se transformă în oxid de sulf, care împreună cu carbonul dioxid, este eliberat în atmosferă. Când azotul atmosferic și emisiile tehnice sunt combinate cu oxigenul, se formează diverși oxizi de azot, iar volumul de oxizi de azot format depinde de temperatura de ardere. Cea mai mare parte a oxizilor de azot apare în timpul funcționării vehiculelor și a locomotivelor diesel, iar o parte mai mică apare în sectorul energetic și întreprinderile industriale. Oxizii de sulf și azot sunt principalii formatori de acizi. La reacția cu oxigenul atmosferic și vaporii de apă din acesta, se formează acizi sulfuric și azotic.

Se știe că echilibrul alcalino-acid al mediului este determinat de valoarea pH-ului. Un mediu neutru are o valoare a pH-ului de 7, un mediu acid are o valoare a pH-ului de 0, iar un mediu alcalin are o valoare a pH-ului de 14. În epoca modernă, valoarea pH-ului apei de ploaie este de 5,6, deși în trecutul recent este era neutru. O scădere a valorii pH-ului cu unu corespunde unei creșteri de zece ori a acidității și, prin urmare, în prezent, ploile cu aciditate crescută cad aproape peste tot. Aciditatea maximă a ploilor înregistrată în Europa de Vest a fost de 4-3,5 pH. Trebuie avut în vedere faptul că valoarea pH-ului egală cu 4-4,5 este fatală pentru majoritatea peștilor.

Ploile acide au un efect agresiv asupra acoperirii vegetale a Pământului, asupra clădirilor industriale și rezidențiale și contribuie la o accelerare semnificativă a intemperiilor rocilor expuse. O creștere a acidității împiedică autoreglarea neutralizării solurilor în care nutrienții sunt dizolvați. La rândul său, acest lucru duce la o scădere bruscă a recoltelor și determină degradarea acoperirii vegetale. Aciditatea solului contribuie la eliberarea de grele, care se află într-o stare legată, care sunt absorbite treptat de plante, provocând leziuni grave ale țesuturilor în ele și pătrunzând în lanțul alimentar uman.

O modificare a potențialului alcalino-acid al apelor mării, în special în apele de mică adâncime, duce la încetarea reproducerii multor nevertebrate, provoacă moartea peștilor și perturbă echilibrul ecologic al oceanelor.

Ca urmare a ploilor acide, pădurile din Europa de Vest, Țările Baltice, Karelia, Urali, Siberia și Canada sunt amenințate cu moartea.

ATMOSFERA PĂMÂNTULUI(greacă atmos steam + bilă sphaira) - înveliș gazos care înconjoară Pământul. Masa atmosferei este de aproximativ 5,15·10 15 Semnificația biologică a atmosferei este enormă. În atmosferă, există un schimb de masă-energie între natura animată și cea neînsuflețită, între floră și faună. Azotul atmosferic este asimilat de microorganisme; plantele sintetizează substanțe organice din dioxid de carbon și apă datorită energiei soarelui și eliberează oxigen. Prezența atmosferei asigură conservarea apei pe Pământ, care este și o condiție importantă pentru existența organismelor vii.

Studiile efectuate cu ajutorul rachetelor geofizice de mare altitudine, a sateliților de pământ artificial și a stațiilor automate interplanetare au stabilit că atmosfera pământului se întinde pe mii de kilometri. Limitele atmosferei sunt instabile, sunt influențate de câmpul gravitațional al lunii și de presiunea fluxului de lumină solară. Deasupra ecuatorului, în regiunea umbrei pământului, atmosfera atinge înălțimi de aproximativ 10.000 km, iar deasupra polilor, limitele sale sunt la 3.000 km distanță de suprafața pământului. Masa principală a atmosferei (80-90%) se află la altitudini de până la 12-16 km, ceea ce se explică prin natura exponențială (neliniară) a scăderii densității (rarefacției) mediului gazos ca înălțime. deasupra nivelului mării crește.

Existența majorității organismelor vii în condiții naturale este posibilă în limitele și mai înguste ale atmosferei, până la 7-8 km, unde o combinație de factori atmosferici precum compoziția gazului, temperatura, presiunea și umiditatea, necesară pentru cursul activ al procesele biologice, are loc. Mișcarea și ionizarea aerului, precipitațiile atmosferice și starea electrică a atmosferei sunt, de asemenea, de importanță igienă.

Compoziția gazelor

Atmosfera este un amestec fizic de gaze (Tabelul 1), în principal azot și oxigen (78,08 și 20,95 % vol.). Raportul gazelor atmosferice este aproape același până la altitudini de 80-100 km. Constanța părții principale a compoziției gazoase a atmosferei se datorează echilibrării relative a proceselor de schimb de gaze între natura animată și cea neînsuflețită și amestecării continue a maselor de aer în direcțiile orizontale și verticale.

Tabelul 1. CARACTERISTICI ALE COMPOZIȚIEI CHIMICE A AERULUI ATMOSFERIC USC LÂNGĂ SUPRAFAȚĂ PĂMÂNTULUI

Compoziția gazelor	Concentrație în volum, %
Oxigen
Dioxid de carbon
Oxid de azot
Dioxid de sulf	0 până la 0,0001
	0 la 0,000007 vara, 0 la 0,000002 iarna
dioxid de azot	0 până la 0,000002
Monoxid de carbon

La altitudini de peste 100 km, procentul de gaze individuale se modifică datorită stratificării difuze a acestora sub influența gravitației și a temperaturii. În plus, sub acțiunea părții cu lungime de undă scurtă a ultravioletelor și a razelor X la o altitudine de 100 km sau mai mult, moleculele de oxigen, azot și dioxid de carbon se disociază în atomi. La altitudini mari, aceste gaze sunt sub formă de atomi puternic ionizați.

Conținutul de dioxid de carbon din atmosfera diferitelor regiuni ale Pământului este mai puțin constant, ceea ce se datorează parțial distribuției inegale a marilor întreprinderi industriale care poluează aerul, precum și distribuției neuniforme a vegetației și a bazinelor de apă care absorb dioxidul de carbon. pe Pământ. De asemenea, variabil în atmosferă este și conținutul de aerosoli (vezi) - particule suspendate în aer cu dimensiuni variind de la câțiva milimicroni la câteva zeci de microni - formate ca urmare a erupțiilor vulcanice, a exploziilor artificiale puternice, a poluării de către întreprinderile industriale. Concentrația de aerosoli scade rapid odată cu înălțimea.

Cea mai instabilă și importantă dintre componentele variabile ale atmosferei este vaporii de apă, a căror concentrație la suprafața pământului poate varia de la 3% (la tropice) la 2 × 10 -10% (în Antarctica). Cu cât temperatura aerului este mai mare, cu atât mai multă umiditate, ceteris paribus, poate fi în atmosferă și invers. Cea mai mare parte a vaporilor de apă se concentrează în atmosferă până la altitudini de 8-10 km. Conținutul de vapori de apă din atmosferă depinde de influența combinată a proceselor de evaporare, condensare și transport orizontal. La altitudini mari, din cauza scaderii temperaturii si a condensarii vaporilor, aerul este practic uscat.

Atmosfera Pământului, pe lângă oxigenul molecular și atomic, conține o cantitate mică de ozon (vezi), a cărui concentrație este foarte variabilă și variază în funcție de înălțime și anotimp. Cea mai mare parte a ozonului este conținută în regiunea polilor până la sfârșitul nopții polare, la o altitudine de 15-30 km, cu o scădere bruscă în sus și în jos. Ozonul apare ca urmare a acțiunii fotochimice a radiației solare ultraviolete asupra oxigenului, în principal la altitudini de 20-50 km. În acest caz, moleculele de oxigen diatomic se descompun parțial în atomi și, unind moleculele necompuse, formează molecule triatomice de ozon (formă polimerică, alotropă de oxigen).

Prezența în atmosferă a unui grup de așa-numite gaze inerte (heliu, neon, argon, cripton, xenon) este asociată cu fluxul continuu al proceselor naturale de dezintegrare radioactivă.

Semnificația biologică a gazelor atmosfera este foarte mare. Pentru majoritatea organismelor pluricelulare, un anumit conținut de oxigen molecular într-un mediu gazos sau apos este un factor indispensabil în existența lor, care în timpul respirației determină eliberarea de energie din substanțele organice create inițial în timpul fotosintezei. Nu este o coincidență că limitele superioare ale biosferei (partea suprafeței globului și partea inferioară a atmosferei unde există viață) sunt determinate de prezența unei cantități suficiente de oxigen. În procesul de evoluție, organismele s-au adaptat la un anumit nivel de oxigen din atmosferă; modificarea conținutului de oxigen în direcția scăderii sau creșterii are un efect advers (vezi Răul de altitudine, Hiperoxie, Hipoxie).

Forma ozon-alotropă a oxigenului are, de asemenea, un efect biologic pronunțat. La concentrații care nu depășesc 0,0001 mg/l, ceea ce este tipic pentru zonele de stațiune și coastele mării, ozonul are un efect de vindecare - stimulează respirația și activitatea cardiovasculară, îmbunătățește somnul. Odată cu creșterea concentrației de ozon, se manifestă efectul său toxic: iritație oculară, inflamație necrotică a membranelor mucoase ale tractului respirator, exacerbare a bolilor pulmonare, nevroze autonome. Intrând în combinație cu hemoglobina, ozonul formează methemoglobină, ceea ce duce la o încălcare a funcției respiratorii a sângelui; transferul oxigenului de la plămâni la țesuturi devine dificil, se dezvoltă fenomenele de sufocare. Oxigenul atomic are un efect advers similar asupra organismului. Ozonul joacă un rol semnificativ în crearea regimurilor termice ale diferitelor straturi ale atmosferei datorită absorbției extrem de puternice a radiației solare și a radiațiilor terestre. Ozonul absoarbe cel mai intens razele ultraviolete și infraroșii. Razele solare cu o lungime de undă mai mică de 300 nm sunt aproape complet absorbite de ozonul atmosferic. Astfel, Pământul este înconjurat de un fel de „ecran de ozon” care protejează multe organisme de efectele nocive ale radiațiilor ultraviolete de la soare. Azotul din aerul atmosferic are o mare importanță biologică, în primul rând ca sursă de așa-zis. azot fix - o resursă de hrană vegetală (și în cele din urmă animală). Semnificația fiziologică a azotului este determinată de participarea acestuia la crearea nivelului de presiune atmosferică necesar proceselor de viață. În anumite condiții de modificare a presiunii, azotul joacă un rol major în dezvoltarea unui număr de tulburări în organism (vezi Boala de decompresie). Sunt controversate ipotezele că azotul slăbește efectul toxic al oxigenului asupra organismului și este absorbit din atmosferă nu numai de microorganisme, ci și de animalele superioare.

Gazele inerte ale atmosferei (xenon, cripton, argon, neon, heliu) la presiunea parțială pe care o creează în condiții normale pot fi clasificate drept gaze indiferente din punct de vedere biologic. Cu o creștere semnificativă a presiunii parțiale, aceste gaze au un efect narcotic.

Prezența dioxidului de carbon în atmosferă asigură acumularea de energie solară în biosferă datorită fotosintezei compușilor complecși ai carbonului, care apar, se schimbă și se descompun continuu în cursul vieții. Acest sistem dinamic este menținut ca urmare a activității algelor și plantelor terestre care captează energia luminii solare și o folosesc pentru a transforma dioxidul de carbon (vezi) și apa într-o varietate de compuși organici cu eliberare de oxigen. Extinderea în sus a biosferei este parțial limitată de faptul că la altitudini mai mari de 6-7 km plantele care conțin clorofilă nu pot trăi din cauza presiunii parțiale scăzute a dioxidului de carbon. Dioxidul de carbon este, de asemenea, foarte activ din punct de vedere fiziologic, deoarece joacă un rol important în reglarea proceselor metabolice, activitatea sistemului nervos central, respirația, circulația sângelui și regimul de oxigen al organismului. Totuși, această reglare este mediată de influența dioxidului de carbon produs de organismul însuși, și nu de atmosferă. În țesuturile și sângele animalelor și oamenilor, presiunea parțială a dioxidului de carbon este de aproximativ 200 de ori mai mare decât presiunea sa în atmosferă. Și numai cu o creștere semnificativă a conținutului de dioxid de carbon din atmosferă (mai mult de 0,6-1%), există încălcări în organism, notate cu termenul de hipercapnie (vezi). Eliminarea completă a dioxidului de carbon din aerul inhalat nu poate avea un efect negativ direct asupra organismelor umane și animale.

Dioxidul de carbon joacă un rol în absorbția radiațiilor cu lungime de undă lungă și în menținerea „efectului de seră” care ridică temperatura în apropierea suprafeței Pământului. Se studiază și problema efectului asupra regimurilor termice și de altă natură a atmosferei a dioxidului de carbon, care pătrunde în aer în cantități uriașe ca deșeu al industriei.

Vaporii de apă atmosferici (umiditatea aerului) afectează și corpul uman, în special schimbul de căldură cu mediul.

Ca urmare a condensării vaporilor de apă în atmosferă, se formează nori și cad precipitații (ploaie, grindină, zăpadă). Vaporii de apă, împrăștiind radiația solară, participă la crearea regimului termic al Pământului și a straturilor inferioare ale atmosferei, la formarea condițiilor meteorologice.

Presiunea atmosferică

Presiunea atmosferică (barometrică) este presiunea exercitată de atmosferă sub influența gravitației pe suprafața Pământului. Valoarea acestei presiuni în fiecare punct al atmosferei este egală cu greutatea coloanei de aer de deasupra cu o bază unitară, extinzându-se deasupra locului de măsurare până la limitele atmosferei. Presiunea atmosferică se măsoară cu un barometru (vezi) și se exprimă în milibari, în newtoni pe metru pătrat sau înălțimea coloanei de mercur din barometru în milimetri, redusă la 0 ° și valoarea normală a accelerației gravitației. În tabel. 2 prezintă cele mai frecvent utilizate unități de presiune atmosferică.

Modificarea presiunii se produce din cauza încălzirii neuniforme a maselor de aer situate deasupra solului și apei la diferite latitudini geografice. Pe măsură ce temperatura crește, densitatea aerului și presiunea pe care o creează scade. O acumulare uriașă de aer în mișcare rapidă cu presiune redusă (cu o scădere a presiunii de la periferie la centrul vortexului) se numește ciclon, cu presiune crescută (cu o creștere a presiunii spre centrul vortexului) - un anticiclon. Pentru prognoza meteo sunt importante modificările neperiodice ale presiunii atmosferice, care apar în mase vaste în mișcare și sunt asociate cu apariția, dezvoltarea și distrugerea anticiclonilor și cicloanelor. Schimbările deosebit de mari ale presiunii atmosferice sunt asociate cu mișcarea rapidă a ciclonilor tropicali. În același timp, presiunea atmosferică poate varia cu 30-40 mbar pe zi.

Scăderea presiunii atmosferice în milibari pe o distanță de 100 km se numește gradient barometric orizontal. De obicei, gradientul barometric orizontal este de 1–3 mbar, dar în ciclonii tropicali se ridică uneori la zeci de milibari la 100 km.

Pe măsură ce altitudinea crește, presiunea atmosferică scade într-o relație logaritmică: la început foarte brusc, apoi din ce în ce mai puțin vizibil (Fig. 1). Prin urmare, curba presiunii barometrice este exponențială.

Scăderea presiunii pe unitatea de distanță verticală se numește gradient barometric vertical. Adesea folosesc reciproca acesteia - treapta barometrică.

Deoarece presiunea barometrică este suma presiunilor parțiale ale gazelor care formează aerul, este evident că odată cu ridicarea la înălțime, odată cu scăderea presiunii totale a atmosferei, presiunea parțială a gazelor care formează sus scade si aerul. Valoarea presiunii parțiale a oricărui gaz din atmosferă se calculează prin formula

unde P x ​​este presiunea parțială a gazului, P z este presiunea atmosferică la altitudinea Z, X% este procentul de gaz a cărui presiune parțială urmează să fie determinată.

Orez. 1. Modificarea presiunii barometrice în funcție de înălțimea deasupra nivelului mării.

Orez. 2. Modificarea presiunii parțiale a oxigenului din aerul alveolar și saturarea sângelui arterial cu oxigen în funcție de modificarea altitudinii la respirația aerului și oxigenului. Respirația cu oxigen începe de la o înălțime de 8,5 km (experiment într-o cameră de presiune).

Orez. 3. Curbe comparative ale valorilor medii ale conștiinței active la o persoană în minute la diferite înălțimi după o creștere rapidă în timp ce respiră aer (I) și oxigen (II). La altitudini de peste 15 km, conștiința activă este la fel de perturbată atunci când respiră oxigen și aer. La altitudini de până la 15 km, respirația cu oxigen prelungește semnificativ perioada de conștiință activă (experiment într-o cameră de presiune).

Deoarece compoziția procentuală a gazelor atmosferice este relativ constantă, pentru a determina presiunea parțială a oricărui gaz, este necesar doar să se cunoască presiunea barometrică totală la o altitudine dată (Fig. 1 și Tabelul 3).

Tabelul 3. TABELUL ATMOSFEREI STANDARD (GOST 4401-64) 1

Înălțimea geometrică (m)	Temperatura		presiune barometrică			Presiunea parțială a oxigenului (mmHg)
				mmHg Artă.

1 Dată sub formă prescurtată și completată cu coloana „Presiunea parțială a oxigenului”.

La determinarea presiunii parțiale a unui gaz în aer umed, scădeți presiunea (elasticitatea) vaporilor saturați din presiunea barometrică.

Formula pentru determinarea presiunii parțiale a unui gaz în aer umed va fi ușor diferită de cea a aerului uscat:

unde pH 2 O este elasticitatea vaporilor de apă. La t° 37°, elasticitatea vaporilor de apă saturați este de 47 mm Hg. Artă. Această valoare este utilizată la calcularea presiunilor parțiale ale gazelor din aerul alveolar în condiții de sol și de mare altitudine.

Efectele tensiunii arteriale ridicate și scăzute asupra organismului. Modificările presiunii barometrice în direcția creșterii sau scăderii au o varietate de efecte asupra corpului animalelor și oamenilor. Influența presiunii crescute este asociată cu acțiunea fizică și chimică mecanică și penetrantă a mediului gazos (așa-numitele efecte de compresie și penetrare).

Efectul de compresie se manifesta prin: compresie volumetrica generala, datorita cresterii uniforme a fortelor de presiune mecanica asupra organelor si tesuturilor; mecanonarcoză datorată compresiei volumetrice uniforme la presiune barometrică foarte mare; presiune locală neuniformă asupra țesuturilor care limitează cavitățile care conțin gaz atunci când există o legătură întreruptă între aerul exterior și aerul din cavitate, de exemplu, urechea medie, cavitățile accesorii ale nasului (vezi Barotrauma); o creștere a densității gazelor în sistemul respirator extern, ceea ce determină o creștere a rezistenței la mișcările respiratorii, în special în timpul respirației forțate (exercitare, hipercapnie).

Efectul de penetrare poate duce la efectul toxic al oxigenului și al gazelor indiferente, o creștere a conținutului cărora în sânge și țesuturi provoacă o reacție narcotică, primele semne ale unei tăieturi atunci când se utilizează un amestec de azot-oxigen la oameni apar la o presiune de 4-8 atm. O creștere a presiunii parțiale a oxigenului reduce inițial nivelul de funcționare a sistemelor cardiovasculare și respiratorii din cauza opririi efectului de reglare a hipoxemiei fiziologice. Odată cu o creștere a presiunii parțiale a oxigenului în plămâni cu mai mult de 0,8-1 ata, se manifestă efectul său toxic (afectarea țesutului pulmonar, convulsii, colaps).

Efectele penetrante și compresive ale presiunii crescute a mediului gazos sunt utilizate în medicina clinică în tratamentul diferitelor boli cu afectarea generală și locală a aportului de oxigen (vezi Baroterapie, Oxigenoterapia).

Scăderea presiunii are un efect și mai pronunțat asupra organismului. În condițiile unei atmosfere extrem de rarefiate, principalul factor patogenetic care duce la pierderea cunoștinței în câteva secunde și la moarte în 4-5 minute, este scăderea presiunii parțiale a oxigenului în aerul inhalat și apoi în alveolar. aer, sânge și țesuturi (Fig. 2 și 3). Hipoxia moderată determină dezvoltarea reacțiilor adaptative ale sistemului respirator și ale hemodinamicii, care vizează menținerea alimentării cu oxigen în primul rând organelor vitale (creier, inimă). Cu o lipsă pronunțată de oxigen, procesele oxidative sunt inhibate (datorită enzimelor respiratorii), iar procesele aerobe de producere a energiei în mitocondrii sunt perturbate. Acest lucru duce mai întâi la o defalcare a funcțiilor organelor vitale și apoi la leziuni structurale ireversibile și moartea corpului. Dezvoltarea reacțiilor adaptative și patologice, o schimbare a stării funcționale a corpului și a performanței umane cu o scădere a presiunii atmosferice este determinată de gradul și rata de scădere a presiunii parțiale a oxigenului în aerul inhalat, durata șederii. la inaltime, intensitatea muncii prestate, starea initiala a corpului (vezi Raul de altitudine).

O scădere a presiunii la altitudini (chiar cu excluderea lipsei de oxigen) provoacă tulburări grave în organism, unite prin conceptul de „tulburări de decompresie”, care includ: flatulență la altitudine mare, barotită și barozinuzită, boala de decompresie la altitudine mare. și emfizemul tisular de mare altitudine.

Flatulența la altitudine mare se dezvoltă datorită expansiunii gazelor în tractul gastrointestinal cu scăderea presiunii barometrice pe peretele abdominal la urcarea la altitudini de 7-12 km sau mai mult. De o anumită importanță este eliberarea gazelor dizolvate în conținutul intestinal.

Expansiunea gazelor duce la întinderea stomacului și a intestinelor, ridicarea diafragmei, schimbarea poziției inimii, iritarea aparatului receptor al acestor organe și provocând reflexe patologice care perturbă respirația și circulația sângelui. Adesea există dureri ascuțite în abdomen. Fenomene similare apar uneori la scafandri atunci când urcă de la adâncime la suprafață.

Mecanismul de dezvoltare a barotitei și barozinuzitei, manifestat printr-o senzație de congestie și, respectiv, durere în urechea medie sau cavitățile accesorii ale nasului, este similar cu dezvoltarea flatulenței de mare altitudine.

Scăderea presiunii, pe lângă extinderea gazelor conținute în cavitățile corpului, determină și eliberarea de gaze din lichide și țesuturi în care acestea au fost dizolvate sub presiune la nivelul mării sau la adâncime și formarea de bule de gaz în organism. .

Acest proces de ieșire a gazelor dizolvate (în primul rând azotul) provoacă dezvoltarea unei boli de decompresie (vezi).

Orez. 4. Dependența punctului de fierbere al apei de altitudine și presiunea barometrică. Numerele de presiune sunt situate sub numerele de altitudine corespunzătoare.

Odată cu scăderea presiunii atmosferice, punctul de fierbere al lichidelor scade (Fig. 4). La o altitudine de peste 19 km, unde presiunea barometrică este egală cu (sau mai mică decât) elasticitatea vaporilor saturați la temperatura corpului (37 °), poate apărea „fierberea” fluidului interstițial și intercelular al corpului, rezultând în venele mari, în cavitatea pleurei, stomacului, pericardului, în țesutul adipos lax, adică în zonele cu presiune hidrostatică și interstițială scăzută, se formează bule de vapori de apă, se dezvoltă emfizemul tisular de mare altitudine. „Fierberea” altitudinii nu afectează structurile celulare, fiind localizată doar în lichidul intercelular și sânge.

Bulele de abur masive pot bloca activitatea inimii și circulația sângelui și pot perturba funcționarea sistemelor și organelor vitale. Aceasta este o complicație gravă a înfometării acute de oxigen care se dezvoltă la altitudini mari. Prevenirea emfizemului tisular de mare altitudine poate fi realizată prin crearea unei contrapresiuni externe asupra corpului cu echipamente de mare altitudine.

Însuși procesul de scădere a presiunii barometrice (decompresie) sub anumiți parametri poate deveni un factor dăunător. În funcție de viteză, decompresia este împărțită în lină (lentă) și explozivă. Acesta din urmă se desfășoară în mai puțin de 1 secundă și este însoțit de o bubuitură puternică (ca într-o lovitură), formarea de ceață (condensarea vaporilor de apă datorită răcirii aerului în expansiune). În mod obișnuit, decompresia explozivă are loc la altitudini atunci când geamul unui cockpit sub presiune sau al unui costum de presiune se sparge.

În decompresia explozivă, plămânii sunt primii care suferă. O creștere rapidă a excesului de presiune intrapulmonar (mai mult de 80 mm Hg) duce la o întindere semnificativă a țesutului pulmonar, care poate provoca ruptura plămânilor (cu extinderea lor de 2,3 ori). Decompresia explozivă poate provoca, de asemenea, leziuni ale tractului gastrointestinal. Cantitatea de presiune în exces care apare în plămâni va depinde în mare măsură de rata de ieșire a aerului din ei în timpul decompresiei și de volumul de aer din plămâni. Este deosebit de periculos dacă căile aeriene superioare în momentul decompresiei se dovedesc a fi închise (la înghițire, la ținerea respirației) sau decompresia coincide cu faza de inspirație profundă, când plămânii sunt umpluți cu o cantitate mare de aer.

Temperatura atmosferică

Temperatura atmosferei scade inițial odată cu creșterea altitudinii (în medie, de la 15° lângă sol la -56,5° la o altitudine de 11-18 km). Gradientul vertical de temperatură în această zonă a atmosferei este de aproximativ 0,6° la fiecare 100 m; se modifică în timpul zilei și anului (Tabelul 4).

Tabelul 4. MODIFICĂRI ALE GRADIENTULUI VERTICAL DE TEMPERATURĂ PE FÂȘIA DE MIJLOC A TERITORIULUI URSS

Orez. 5. Schimbarea temperaturii atmosferei la diferite înălțimi. Limitele sferelor sunt indicate printr-o linie punctată.

La altitudini de 11 - 25 km, temperatura devine constantă și se ridică la -56,5 °; apoi temperatura începe să crească, atingând 30–40° la o altitudine de 40 km, și 70° la o altitudine de 50–60 km (Fig. 5), ceea ce este asociat cu absorbția intensă a radiației solare de către ozon. De la o înălțime de 60–80 km, temperatura aerului scade din nou ușor (până la 60°C), apoi crește progresiv și atinge 270°C la altitudinea de 120 km, 800°C la altitudinea de 220 km, 1500 °C la o altitudine de 300 km, și

la granița cu spațiul cosmic - mai mult de 3000 °. Trebuie remarcat faptul că, datorită rarefării ridicate și a densității scăzute a gazelor la aceste înălțimi, capacitatea lor de căldură și capacitatea de a încălzi corpurile mai reci este foarte mică. În aceste condiții, transferul de căldură de la un corp la altul are loc numai prin radiație. Toate schimbările considerate de temperatură în atmosferă sunt asociate cu absorbția energiei termice solare de către masele de aer – directă și reflectată.

În partea inferioară a atmosferei de lângă suprafața Pământului, distribuția temperaturii depinde de afluxul radiației solare și, prin urmare, are un caracter preponderent latitudinal, adică liniile de temperatură egală - izoterme - sunt paralele cu latitudinile. Deoarece atmosfera din straturile inferioare este încălzită de la suprafața pământului, schimbarea orizontală a temperaturii este puternic influențată de distribuția continentelor și oceanelor, ale căror proprietăți termice sunt diferite. De obicei, cărțile de referință indică temperatura măsurată în timpul observațiilor meteorologice din rețea cu un termometru instalat la o înălțime de 2 m deasupra suprafeței solului. Cele mai ridicate temperaturi (până la 58°C) sunt observate în deșerturile Iranului, iar în URSS - în sudul Turkmenistanului (până la 50°), cele mai scăzute (până la -87°) în Antarctica și în URSS - în regiunile Verkhoyansk și Oymyakon (până la -68 ° ). Iarna, gradientul vertical de temperatură în unele cazuri, în loc de 0,6 °, poate depăși 1 ° la 100 m sau chiar poate lua o valoare negativă. În timpul zilei, în sezonul cald, poate fi egal cu multe zeci de grade la 100 m. Există, de asemenea, un gradient de temperatură orizontal, care este de obicei menționat ca o distanță de 100 km de-a lungul normalului la izotermă. Mărimea gradientului de temperatură orizontal este de zecimi de grad la 100 km, iar în zonele frontale poate depăși 10° la 100 m.

Corpul uman este capabil să mențină homeostazia termică (vezi) într-un interval destul de restrâns de fluctuații ale temperaturii exterioare - de la 15 la 45 °. Diferențele semnificative de temperatură a atmosferei în apropierea Pământului și la înălțimi necesită utilizarea unor mijloace tehnice speciale de protecție pentru a asigura echilibrul termic între corpul uman și mediul înconjurător în zborurile la mare altitudine și în spațiu.

Modificările caracteristice ale parametrilor atmosferei (temperatura, presiunea, compoziția chimică, starea electrică) fac posibilă împărțirea condiționată a atmosferei în zone sau straturi. troposfera- cel mai apropiat strat de Pământ, a cărui limită superioară se extinde la ecuator până la 17-18 km, la poli - până la 7-8 km, la latitudini medii - până la 12-16 km. Troposfera se caracterizează printr-o cădere exponențială de presiune, prezența unui gradient vertical constant de temperatură, mișcări orizontale și verticale ale maselor de aer și modificări semnificative ale umidității aerului. Troposfera conține cea mai mare parte a atmosferei, precum și o parte semnificativă a biosferei; aici apar toate tipurile principale de nori, se formează mase de aer și fronturi, se dezvoltă cicloni și anticicloni. În troposferă, datorită reflectării razelor solare de către stratul de zăpadă al Pământului și răcirii straturilor de aer de la suprafață, are loc așa-numita inversiune, adică o creștere a temperaturii în atmosferă de la fund. în sus în loc de scăderea obișnuită.

În sezonul cald, în troposferă are loc amestecul constant turbulent (aleatoriu, haotic) al maselor de aer și transferul de căldură prin fluxuri de aer (convecție). Convecția distruge ceața și reduce conținutul de praf din atmosfera inferioară.

Al doilea strat al atmosferei este stratosferă.

Pornește din troposferă ca o zonă îngustă (1-3 km) cu o temperatură constantă (tropopauză) și se extinde până la înălțimi de aproximativ 80 km. O caracteristică a stratosferei este rarefierea progresivă a aerului, intensitatea excepțional de mare a radiațiilor ultraviolete, absența vaporilor de apă, prezența unei cantități mari de ozon și creșterea treptată a temperaturii. Conținutul ridicat de ozon provoacă o serie de fenomene optice (miraje), provoacă reflexia sunetelor și are un efect semnificativ asupra intensității și compoziției spectrale a radiațiilor electromagnetice. În stratosferă există o amestecare constantă a aerului, astfel încât compoziția sa este asemănătoare cu aerul din troposferă, deși densitatea sa la limitele superioare ale stratosferei este extrem de scăzută. Vânturile predominante în stratosferă sunt de vest, iar în zona superioară are loc o tranziție către vânturile de est.

Al treilea strat al atmosferei este ionosferă, care începe din stratosferă și se extinde până la altitudini de 600-800 km.

Caracteristicile distinctive ale ionosferei sunt rarefierea extremă a mediului gazos, concentrația mare de ioni moleculari și atomici și electroni liberi și temperatura ridicată. Ionosfera afectează propagarea undelor radio, determinând refracția, reflectarea și absorbția acestora.

Principala sursă de ionizare în straturile înalte ale atmosferei este radiația ultravioletă a Soarelui. În acest caz, electronii sunt scoși din atomii de gaz, atomii se transformă în ioni pozitivi, iar electronii eliminați rămân liberi sau sunt capturați de molecule neutre cu formarea de ioni negativi. Ionizarea ionosferei este influențată de meteoriți, radiațiile corpusculare, de raze X și gama ale Soarelui, precum și de procesele seismice ale Pământului (cutremure, erupții vulcanice, explozii puternice), care generează unde acustice în ionosferă, care crește amplitudinea și viteza oscilațiilor particulelor atmosferice și contribuie la ionizarea moleculelor și atomilor de gaz (vezi Aeroionizare).

Conductivitatea electrică în ionosferă, asociată cu o concentrație mare de ioni și electroni, este foarte mare. Conductivitatea electrică crescută a ionosferei joacă un rol important în reflectarea undelor radio și apariția aurorelor.

Ionosfera este zona de zboruri ale sateliților de pământ artificial și ale rachetelor balistice intercontinentale. În prezent, medicina spațială studiază posibilele efecte asupra corpului uman al condițiilor de zbor din această parte a atmosferei.

Al patrulea, stratul exterior al atmosferei - exosfera. De aici, gazele atmosferice sunt împrăștiate în spațiul lumii datorită disipării (depășirea forțelor gravitaționale de către molecule). Apoi are loc o tranziție treptată de la atmosferă la spațiul exterior interplanetar. Exosfera se deosebește de aceasta din urmă prin prezența unui număr mare de electroni liberi care formează a 2-a și a 3-a centură de radiație a Pământului.

Împărțirea atmosferei în 4 straturi este foarte arbitrară. Deci, conform parametrilor electrici, întreaga grosime a atmosferei este împărțită în 2 straturi: neutrosfera, în care predomină particulele neutre, și ionosfera. Temperatura distinge troposfera, stratosfera, mezosfera si termosfera, separate, respectiv, prin tropo-, strato- si mezopauza. Stratul atmosferei situat intre 15 si 70 km si caracterizat printr-un continut ridicat de ozon se numeste ozonosfera.

În scopuri practice, este convenabil să se utilizeze atmosfera standard internațională (MCA), pentru care sunt acceptate următoarele condiții: presiunea la nivelul mării la t ° 15 ° este de 1013 mbar (1,013 X 10 5 nm 2 sau 760 mm Hg). ); temperatura scade cu 6,5° la 1 km la un nivel de 11 km (stratosfera condiționată), apoi rămâne constantă. În URSS, a fost adoptată atmosfera standard GOST 4401 - 64 (Tabelul 3).

Precipitare. Întrucât cea mai mare parte a vaporilor de apă atmosferici este concentrată în troposferă, procesele de tranziții de fază ale apei, care provoacă precipitații, au loc în principal în troposferă. Norii troposferici acoperă de obicei aproximativ 50% din întreaga suprafață a pământului, în timp ce norii din stratosferă (la altitudini de 20-30 km) și din apropierea mezopauzei, numiți nori sidefați și respectiv noctilucenți, sunt observați relativ rar. Ca urmare a condensării vaporilor de apă în troposferă, se formează nori și au loc precipitații.

După natura precipitațiilor, precipitațiile sunt împărțite în 3 tipuri: înnorat, torențial, burniță. Cantitatea de precipitații este determinată de grosimea stratului de apă căzută în milimetri; precipitațiile sunt măsurate cu pluviometre și pluviometre. Intensitatea precipitațiilor este exprimată în milimetri pe minut.

Distribuția precipitațiilor în anumite anotimpuri și zile, precum și pe teritoriu, este extrem de neuniformă, datorită circulației atmosferei și influenței suprafeței Pământului. Astfel, pe Insulele Hawaii, în medie, cad 12.000 mm pe an, iar în regiunile cele mai uscate din Peru și Sahara, precipitațiile nu depășesc 250 mm, iar uneori nu cad timp de câțiva ani. În dinamica anuală a precipitaţiilor se disting următoarele tipuri: ecuatorială - cu un maxim de precipitaţii după echinocţiul de primăvară şi toamnă; tropical - cu un maxim de precipitații vara; muson - cu un vârf foarte pronunțat vara și iarna uscată; subtropical - cu precipitații maxime iarna și vara uscată; latitudini temperate continentale - cu un maxim de precipitații vara; latitudini marine temperate – cu un maxim de precipitaţii iarna.

Întregul complex atmosferico-fizic de factori climatici și meteorologici care alcătuiesc vremea este utilizat pe scară largă pentru promovarea sănătății, întărire și în scopuri medicinale (vezi Climatoterapia). Împreună cu aceasta, s-a stabilit că fluctuațiile bruște ale acestor factori atmosferici pot afecta negativ procesele fiziologice din organism, provocând dezvoltarea diferitelor stări patologice și exacerbarea bolilor, care sunt numite reacții meteotropice (vezi Climatopatologie). De o importanță deosebită în acest sens sunt perturbările frecvente, pe termen lung, ale atmosferei și fluctuațiile bruște ale factorilor meteorologici.

Reacțiile meteorotrope sunt observate mai des la persoanele care suferă de boli ale sistemului cardiovascular, poliartrită, astm bronșic, ulcer peptic, boli de piele.

Bibliografie: Belinsky V. A. și Pobiyaho V. A. Aerology, L., 1962, bibliogr.; Biosfera și resursele sale, ed. V. A. Kovdy, Moscova, 1971. Danilov A. D. Chimia ionosferei, L., 1967; Kolobkov N. V. Atmosfera și viața ei, M., 1968; Kalitin H.H. Fundamentele fizicii atmosferice aplicate în medicină, L., 1935; Matveev L. T. Fundamentele meteorologiei generale, Fizica atmosferei, L., 1965, bibliogr.; Minkh A. A. Air ionization and its hygienic value, M., 1963, bibliogr.; it, Metode de cercetări igienice, M., 1971, bibliogr.; Tverskoy P. N. Curs de meteorologie, L., 1962; Umansky S.P. Omul în spațiu, M., 1970; Hvostikov I. A. Straturi înalte ale atmosferei, L., 1964; X r g şi a N A. X. Fizica atmosferei, L., 1969, bibliogr.; Khromov S.P. Meteorologie și climatologie pentru facultățile geografice, L., 1968.

Efectele tensiunii arteriale ridicate și scăzute asupra organismului- Armstrong G. Medicina aviatica, trad. din engleză, M., 1954, bibliogr.; Saltsman G.L. Bazele fiziologice ale șederii unei persoane în condiții de presiune ridicată a gazelor din mediu, L., 1961, bibliogr.; Ivanov D. I. și Khromushkin A. I. Sisteme de susținere a vieții umane în timpul zborurilor la mare altitudine și în spațiu, M., 1968, bibliogr.; Isakov P. K., etc. Teoria și practica medicinei aviatice, M., 1971, bibliogr.; Kovalenko E. A. și Chernyakov I. N. Oxigenul țesăturilor la factorii extremi ai zborului, M., 1972, bibliogr.; Miles S. Medicina subacvatica, trad. din engleză, M., 1971, bibliografie; Busby D. E. Medicină clinică spațială, Dordrecht, 1968.

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

Planeta albastra...

Acest subiect trebuia să apară pe site-ul unul dintre primele. La urma urmei, elicopterele sunt aeronave atmosferice. Atmosfera Pământului- habitatul lor, ca să spunem așa :-). DAR proprietățile fizice ale aerului doar determinați calitatea acestui habitat :-). Deci acesta este unul dintre elementele de bază. Și baza este întotdeauna scrisă întâi. Dar tocmai acum mi-am dat seama de asta. Cu toate acestea, este mai bine, după cum știți, mai târziu decât niciodată... Să atingem această problemă, dar fără a intra în sălbăticie și dificultăți inutile :-).

Asa de… Atmosfera Pământului. Aceasta este învelișul gazos al planetei noastre albastre. Toată lumea știe acest nume. De ce albastru? Pur și simplu pentru că componenta „albastru” (precum și albastru și violet) a luminii solare (spectrului) este cel mai bine împrăștiată în atmosferă, colorându-l astfel în albăstrui-albăstrui, uneori cu o tentă de violet (într-o zi însorită, desigur :-)) .

Compoziția atmosferei Pământului.

Compoziția atmosferei este destul de largă. Nu voi enumera toate componentele din text, există o ilustrare bună pentru aceasta.Compoziția tuturor acestor gaze este aproape constantă, cu excepția dioxidului de carbon (CO 2 ). În plus, atmosfera conține în mod necesar apă sub formă de vapori, picături în suspensie sau cristale de gheață. Cantitatea de apă nu este constantă și depinde de temperatură și, într-o măsură mai mică, de presiunea aerului. În plus, atmosfera Pământului (în special cea actuală) conține și o anumită cantitate, aș spune „tot felul de mizerii” :-). Acestea sunt SO 2, NH 3, CO, HCl, NO, în plus există vapori de mercur Hg. Adevărat, toate acestea sunt acolo în cantități mici, slavă Domnului :-).

Atmosfera Pământului Se obișnuiește să se împartă în mai multe zone succesive în înălțime deasupra suprafeței.

Prima, cea mai apropiată de pământ, este troposfera. Acesta este cel mai jos și, ca să spunem așa, stratul principal pentru viața diferitelor tipuri. Conține 80% din masa întregului aer atmosferic (deși în volum reprezintă doar aproximativ 1% din întreaga atmosferă) și aproximativ 90% din toată apa atmosferică. Cea mai mare parte a tuturor vânturilor, norilor, ploilor și ninsorilor 🙂 provin de acolo. Troposfera se extinde până la înălțimi de aproximativ 18 km la latitudini tropicale și până la 10 km la latitudini polare. Temperatura aerului din acesta scade cu o creștere de aproximativ 0,65 ° C la fiecare 100 m.

zonele atmosferice.

A doua zonă este stratosfera. Trebuie să spun că o altă zonă îngustă se distinge între troposferă și stratosferă - tropopauza. Oprește scăderea temperaturii odată cu înălțimea. Tropopauza are o grosime medie de 1,5-2 km, dar limitele sale sunt neclare, iar troposfera se suprapune adesea cu stratosfera.

Deci stratosfera are o înălțime medie de 12 km până la 50 km. Temperatura din el până la 25 km rămâne neschimbată (aproximativ -57ºС), apoi undeva până la 40 km se ridică la aproximativ 0ºС și mai departe până la 50 km rămâne neschimbată. Stratosfera este o parte relativ liniștită a atmosferei pământului. Practic nu există condiții meteorologice nefavorabile în el. În stratosferă se află celebrul strat de ozon la altitudini de la 15-20 km până la 55-60 km.

Aceasta este urmată de o mică stratopauză a stratului limită, unde temperatura rămâne în jurul valorii de 0ºС, iar apoi următoarea zonă este mezosfera. Se extinde la altitudini de 80-90 km, iar în el temperatura scade la aproximativ 80ºС. În mezosferă, meteorii mici devin de obicei vizibili, care încep să strălucească în ea și să ard acolo.

Următorul decalaj îngust este mezopauza și dincolo de ea zona termosferei. Înălțimea sa este de până la 700-800 km. Aici temperatura începe din nou să crească și la altitudini de aproximativ 300 km poate atinge valori de ordinul a 1200ºС. După aceea, rămâne constantă. Ionosfera este situată în interiorul termosferei până la o înălțime de aproximativ 400 km. Aici, aerul este puternic ionizat din cauza expunerii la radiația solară și are o conductivitate electrică ridicată.

Următoarea și, în general, ultima zonă este exosfera. Aceasta este așa-numita zonă de împrăștiere. Aici sunt prezente în principal hidrogenul foarte rarefiat și heliul (cu predominanța hidrogenului). La altitudini de aproximativ 3000 km, exosfera trece în vidul spațial apropiat.

Asa e pe undeva. De ce despre? Pentru că aceste straturi sunt mai degrabă condiționate. Sunt posibile diferite modificări ale altitudinii, compoziției gazelor, apei, temperaturii, ionizării și așa mai departe. În plus, există mult mai mulți termeni care definesc structura și starea atmosferei pământului.

De exemplu, homosferă și heterosferă. În primul, gazele atmosferice sunt bine amestecate și compoziția lor este destul de omogenă. Al doilea este situat deasupra primului și practic nu există o astfel de amestecare acolo. Gazele sunt separate prin gravitație. Limita dintre aceste straturi este situată la o altitudine de 120 km și se numește turbopauză.

Poate că vom termina cu termenii, dar cu siguranță voi adăuga că se presupune în mod convențional că limita atmosferei este situată la o altitudine de 100 km deasupra nivelului mării. Această graniță se numește Linia Karman.

Voi adăuga încă două imagini pentru a ilustra structura atmosferei. Prima, insa, este in germana, dar este suficient de completa si usor de inteles :-). Poate fi mărită și bine considerată. Al doilea arată schimbarea temperaturii atmosferice cu altitudinea.

Structura atmosferei Pământului.

Modificarea temperaturii aerului cu înălțimea.

Navele spațiale orbitale moderne cu echipaj zboară la altitudini de aproximativ 300-400 km. Totuși, aceasta nu mai este aviație, deși zona, desigur, este într-un anumit sens strâns legată și cu siguranță vom mai vorbi despre asta :-).

Zona de aviație este troposfera. Avioanele atmosferice moderne pot zbura și în straturile inferioare ale stratosferei. De exemplu, plafonul practic al MIG-25RB este de 23000 m.

Zbor în stratosferă.

Și exact proprietățile fizice ale aerului troposferele determină cum va fi zborul, cât de eficient va fi sistemul de control al aeronavei, cum îl vor afecta turbulențele din atmosferă, cum vor funcționa motoarele.

Prima proprietate principală este temperatura aerului. În dinamica gazelor, acesta poate fi determinat pe scara Celsius sau pe scara Kelvin.

Temperatura t1 la o înălțime dată H pe scara Celsius se determină:

t 1 \u003d t - 6,5N, Unde t este temperatura aerului la sol.

Temperatura pe scara Kelvin se numește temperatura absolută Zero pe această scară este zero absolut. La zero absolut, mișcarea termică a moleculelor se oprește. Zero absolut pe scara Kelvin corespunde cu -273º pe scara Celsius.

În consecință, temperatura T la inaltime H pe scara Kelvin se determină:

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

Presiunea aerului. Presiunea atmosferică se măsoară în pascali (N/m2), în vechiul sistem de măsurare în atmosfere (atm.). Există, de asemenea, presiunea barometrică. Aceasta este presiunea măsurată în milimetri de mercur folosind un barometru cu mercur. Presiunea barometrică (presiunea la nivelul mării) egală cu 760 mm Hg. Artă. numit standard. La fizică, 1 atm. doar egal cu 760 mm Hg.

Densitatea aerului. În aerodinamică, conceptul cel mai des folosit este densitatea masei aerului. Aceasta este masa de aer în 1 m3 de volum. Densitatea aerului se modifică odată cu înălțimea, aerul devine mai rarefiat.

Umiditatea aerului. Afișează cantitatea de apă din aer. Există un concept" umiditate relativă". Acesta este raportul dintre masa vaporilor de apă și maximul posibil la o anumită temperatură. Conceptul de 0%, adică atunci când aerul este complet uscat, poate exista în general doar în laborator. Pe de altă parte, umiditatea 100% este destul de reală. Aceasta înseamnă că aerul a absorbit toată apa pe care ar putea-o absorbi. Ceva ca un absolut „burete plin”. Umiditatea relativă ridicată reduce densitatea aerului, în timp ce umiditatea relativă scăzută o crește în consecință.

Datorită faptului că zborurile cu aeronave au loc în condiții atmosferice diferite, parametrii lor de zbor și aerodinamici într-un singur mod de zbor pot fi diferiți. Prin urmare, pentru o evaluare corectă a acestor parametri, am introdus Atmosferă standard internațională (ISA). Arată schimbarea stării aerului odată cu creșterea altitudinii.

Parametrii principali ai stării aerului la umiditate zero sunt luați ca:

presiunea P = 760 mm Hg. Artă. (101,3 kPa);

temperatura t = +15°C (288 K);

densitatea masei ρ \u003d 1,225 kg / m 3;

Pentru ISA, se presupune (după cum am menționat mai sus :-)) că temperatura scade în troposferă cu 0,65º pentru fiecare 100 de metri de altitudine.

Atmosferă standard (de exemplu până la 10000 m).

Tabelele ISA sunt folosite pentru calibrarea instrumentelor, precum și pentru calcule de navigație și inginerie.

Proprietățile fizice ale aerului include, de asemenea, concepte precum inerția, vâscozitatea și compresibilitatea.

Inerția este o proprietate a aerului care caracterizează capacitatea acestuia de a rezista la schimbarea stării de repaus sau la mișcare rectilinie uniformă. . Măsura inerției este densitatea masei aerului. Cu cât este mai mare, cu atât este mai mare inerția și forța de tracțiune a mediului atunci când aeronava se deplasează în el.

Viscozitate. Determină rezistența la frecare împotriva aerului pe măsură ce aeronava se mișcă.

Compresibilitatea măsoară modificarea densității aerului pe măsură ce presiunea se modifică. La viteze mici ale aeronavei (până la 450 km/h), nu există nicio modificare a presiunii atunci când fluxul de aer curge în jurul acesteia, dar la viteze mari începe să apară efectul compresibilității. Influența sa asupra supersonicului este deosebit de pronunțată. Aceasta este o zonă separată de aerodinamică și un subiect pentru un articol separat :-).

Ei bine, se pare că asta e tot deocamdată... E timpul să terminăm această enumerare puțin plictisitoare, de care, însă, nu se poate dispensa :-). Atmosfera Pământului, parametrii săi, proprietățile fizice ale aerului sunt la fel de importanți pentru aeronavă ca și parametrii aparatului în sine și era imposibil să nu le menționăm.

Deocamdată, până la următoarele întâlniri și mai multe subiecte interesante 🙂…

P.S. Pentru desert, vă sugerez să vizionați un videoclip filmat din cabina unui geamăn MIG-25PU în timpul zborului său în stratosferă. Filmat, se pare, de un turist care are bani pentru astfel de zboruri :-). Filmat mai ales prin parbriz. Observați culoarea cerului...